DE19513817A1 - Pumped storage plant for electrical power generation - Google Patents

Pumped storage plant for electrical power generation

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Abstract

The pumped storage plant has a lower storage basin which is arranged in an existing or an enlarged brown coal storage bed. The basin is installed completely below the level of its environs and is able to receive the total amount of the water present in the upper reservoir. The lower storage basin has no overflow. The water level in the basin varies by about 15 m depending on the state of fullness of the upper reservoir.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft Pumpspeicherwerke mit erhöhter Leistung und erhöhter Verfügungszeit sowie ein Verfahren zur Errichtung dieser Pumpspeicherwerke.The invention relates to pumped storage plants with increased performance and increased Availability time and a procedure for the construction of these pumped storage plants.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Energie kann nur schlecht direkt gespeichert werden. Im allgemeinen bedarf es zur Speicherung elektrischer Energie eines Energieträgers, der die Energie in Form potentieller oder kinetischer Energie speichert (vgl. H. Schäfer, Elektrische Kraftwerkstechnik, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1979, S. 11). Gerade bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Energien, wie z. B. bei der Stromerzeugung mit Windkraftanlagen, ist jedoch aufgrund des stark schwanken­ den Energieangebotes die Speicherung der erzeugten elektrischen Energie von zentraler Bedeutung.Electrical energy is difficult to store directly. In general is required to store electrical energy an energy source that Stores energy in the form of potential or kinetic energy (cf. H. Schäfer, Electrical power plant technology, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1979, p. 11). Especially when generating electricity from renewable energies, such as B. at the Electricity generation with wind turbines, however, fluctuate greatly due to this the energy supply the storage of the generated electrical energy from of central importance.
Neben der Stromspeicherung in Akkumulator- Batterien, die aufgrund der gerin­ gen Kapazität nur für kleine Anlagen eine Rolle spielt, wurden vor allem die Speicherung über Druckluft und insbesondere die Pumpspeicherung diskutiert. Eine Anlage zur Energiespeicherung mittels Druckluft wird beispielsweise in DE-OS 24 44 958 beschrieben. Eine besondere Bedeutung nehmen jedoch die Pumpspei­ cherwerke ein.In addition to the electricity storage in accumulator batteries, which due to the gerin capacity only plays a role for small systems, especially those Storage via compressed air and in particular pump storage are discussed. A System for energy storage using compressed air is for example in DE-OS 24 44 958. However, pump spit take on special importance works.
Ein Pumpspeicherwerk besteht aus einer Pumpanlage, einem oberen und einem un­ teren Speicherbecken und einem Wasserkraftwerk (vgl. Enzyklopädie Naturwis­ senschaft und Technik, Verlag Moderne Industrie, München, Bd. 5, Str- Z, 1981, S. 5007 ff). Das Prinzip der Pumpspeicherung besteht darin, Wasser aus dem unteren Becken mit überschüssigem Strom in das hoch gelegene Becken zu pum­ pen und in Zeiten hohen Energiebedarfs zur Erzeugung des benötigten Stromes das Wasser durch die Turbinen des Wasserkraftwerkes wieder in das untere Becken fallen zu lassen.A pumped storage plant consists of a pump system, an upper one and an un tere storage basin and a hydropower plant (see Encyclopedia Natural Sciences science and technology, Verlag Moderne Industrie, Munich, Vol. 5, Str- Z, 1981, P. 5007 ff). The principle of pump storage is to extract water from the lower pool with excess current to pump into the high pool and in times of high energy requirements to generate the electricity required the water through the turbines of the hydropower plant back into the lower one To drop the pool.
Die Pumpspeicherung ist eine ausgereifte Technik. Der Gesamtwirkungsgrad mo­ derner Pumpspeicherwerke liegt bei Berücksichtigung aller Verluste im Pumpbe­ trieb (Rohrleitung, Pumpe, Synchronmotor, Transformator) und aller Verluste im Generatorbetrieb (Rohrleitung, Turbine, Generator, Transformator) bei 0,7-0,75, d. h. 70-75% der aufgewendeten, elektrischen Energie kann wiedergewonnen wer­ den (vgl. Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik, loc.cit., S. 5009 bzw. H.HappoIdt, D. Oeding, Elektrische Kraftwerke und Netze, Springer, Berlin, Heidel­ berg, New York, 5. Auflage, 1978, S. 73).Pump storage is a sophisticated technology. The total efficiency mo The pumping station is located in the pumping area, taking all losses into account drive (pipeline, pump, synchronous motor, transformer) and all losses in the Generator operation (pipeline, turbine, generator, transformer) at 0.7-0.75, d. H. 70-75% of the electrical energy used can be recovered den (see Encyclopedia Science and Technology, loc.cit., p. 5009 or H.HappoIdt, D. Oeding, Electrical Power Plants and Networks, Springer, Berlin, Heidel berg, New York, 5th edition, 1978, p. 73).
Eine wichtige Voraussetzung für die Anlage von Pumpspeicherwerken sind günsti­ ge Geländebedingungen für die Schaffung der beiden Becken. So soll beispielswei­ se gemäß DE-OS 26 03 421 ein Gezeitenkraftwerk mit Speichersee bevorzugt an Steilküsten installiert werden.An important prerequisite for the installation of pumped storage plants is favorable Ground conditions for the creation of the two basins. For example, se according to DE-OS 26 03 421 a tidal power plant with a reservoir is preferred Cliffs are installed.
Mit DE-OS 36 40 470 wird ein Speicherkraftwerk beschrieben, bei dem brach lieg­ ende Hohlräume (Schächte und Strecken) stillgelegter Bergwerke in Kombination mit einem oberirdisch angelegten Vorratsbecken zur Stromspeicherung, besonders zur Speicherung von Windenergie, eingesetzt werden. In DE-OS 36 40 470 eben­ falls beschrieben wird die Pumpspeicherung mit unterirdischen Salzstöcken als unteren Speicherbecken. With DE-OS 36 40 470 a storage power plant is described in which lies idle end cavities (shafts and lines) of disused mines in combination with an above-ground reservoir for electricity storage, especially for storing wind energy. In DE-OS 36 40 470 just if described, the pump storage with underground salt domes as lower reservoir.  
Eine Pumpspeicherung mit unterirdischen Speicherräumen wird auch in dem Höchstdruck- Wasserkraftwerk in DE-OS 38 41 344 beschrieben. In diesem Fall werden die Speicherräume unterirdisch im Hochgebirge angelegt.Pump storage with underground storage rooms is also in the Maximum pressure hydropower plant described in DE-OS 38 41 344. In this case the storage rooms are created underground in the high mountains.
Wenn auch das Problem der Stromspeicherung bei der Einführung alternativer Energieen besonders augenscheinlich zutage tritt, so ist die Speicherung der elek­ trischen Energie auch bei der Stromerzeugung mit konventionellen Kraftwerken ein generelles Problem, da ganz allgemein die Nachfrage nach Strom durch die Verbraucher tages-, wochen- und jahreszeitlich starken Schwankungen unterlegen ist. Beispielsweise ist der Strombedarf morgens und abends etwa doppelt so hoch wie nachts. Die Nachfrage an elektrischer Energie muß jedoch stets im Augenblick des Bedarfs gedeckt werden. Ein augenblicklicher Mehrverbrauch bedingt eine au­ genblickliche Mehrerzeugung.If the problem of electricity storage when introducing alternative Energy is particularly evident when it comes to storing the elec trical energy also in the generation of electricity with conventional power plants a general problem because of the general demand for electricity through the Consumers are subject to strong fluctuations during the day, week and season is. For example, the electricity requirement in the morning and evening is about twice as high like at night. However, the demand for electrical energy must always be in the moment of needs are met. An instantaneous additional consumption requires an au immediate additional generation.
Die zeitliche Schwankung des Bedarfs an elektrischer Energie ist beispielsweise in Abb. 61 Tagesbelastungskurve (R. Flosdorff/G. Hilgarth, Elektrische Energiever­ teilung, B.G. Teubner, Stuttgart 1986, S. 290) oder in Abb. 11 Einsatz von Pump­ speicherwerken, Strombedarf und Stromerzeugung an einem Wintertag (Enzyklo­ pädie Naturwissenschaft und Technik, loc.cit., S. 5009) dargestellt.The temporal fluctuation in the demand for electrical energy is, for example, in Fig. 61 Daily load curve (R. Flosdorff / G. Hilgarth, electrical energy ver division, B.G. Teubner, Stuttgart 1986, p. 290) or in Fig. 11 Use of Pump storage plants, power requirements and power generation on a winter day (Encyclo pädie Naturwissenschaft und Technik, loc.cit., p. 5009).
Wie allgemein üblich, wird die Belastungskurve dabei in drei Lastbereiche unter­ teilt: die Grundlast, die Mittellast und die Spitzenlast.As is common practice, the load curve is divided into three load ranges divides: the base load, the medium load and the peak load.
Unter Grundlast versteht man dabei diejenige Leistung, die während des ganzen Jahres erbracht wird. Diese Leistung wird von Kraftwerken mit niedrigen Be­ triebskosten wie Braunkohlekraftwerken, Laufwasserkraftwerken und Kernkraft­ werken erbracht.Base load is understood to mean the performance that is achieved during the whole Annually. This power is used by power plants with low loads driving costs such as lignite-fired power plants, run-of-river power plants and nuclear power works performed.
Als Spitzenlast wird der Leistungsanteil bezeichnet, der nur kurzfristig zur Be­ darfsdeckung herangezogen wird. Theoretisch gesehen stellt die zeitlich stark schwankende Nachfrage nach elektrischer Energie kein Problem dar. So kann man in Schwachlastzeiten überschüssige Energie der Laufwasser-, Kernenergie- und Kohlekraftwerke dazu nutzen, in Pumpspeicherwerken Wasser aus dem Unterbec­ ken in das Oberbecken zu pumpen, um so Energie für Spitzenbedarfszeiten zu speichern.The peak load is the share of performance that is only available for a short time cover may be used. In theory, this represents a strong time fluctuating demand for electrical energy is not a problem excess energy of run-of-water, nuclear energy and Coal-fired power plants use water from the Unterbec in pumped storage plants pump into the upper basin in order to provide energy for peak times to save.
Andere Spitzenkraftwerke sind z. B. die Wasserkraftwerke der Talsperren, Gas­ turbinen und manche Dampfkraftwerke. Verglichen mit diesen Spitzenkraftwerken tragen Pumpspeicherwerke besonders stark zur Vergleichmäßigung von Tag- und Nachtlast bei, indem sie durch Pumpbetrieb die Nachtlast vergrößern und die Lastspitzen am Tag abdecken.Other peak power plants are e.g. B. the hydroelectric dams, gas turbines and some steam power plants. Compared to these top power plants pump storage plants contribute particularly strongly to the equalization of day and Night load by increasing the night load by pumping and the Cover peak loads during the day.
Pumpspeicherwerke werden in erster Linie zwar als Spitzenkraftwerke eingesetzt, darüber hinaus zeigen Pumpspeicherwerke eine ganze Reihe von technischen Vor­ teilen. So haben Pumpspeicherwerke sehr schnelle Ein- und Umschaltzeiten (z. B. 1 Minute). Dies ermöglicht, die Einsatzleistung eines Pumpspeicherwerkes als Summe der Turbinen- und Pumpenleistung zu betrachten. Damit stellen Pumpspei­ cherwerke eine sehr schnell einsetzbare Leistungsreserve dar, z. B. beim Ausfall von Grundlastkraftwerken.Pumped storage plants are primarily used as peak power plants, In addition, pumped storage plants show a whole range of technical advantages share. Pump storage plants have very fast switch-on and switch-over times (e.g. 1 minute). This enables the operational performance of a pumped storage plant to be Consider the total of the turbine and pump output. With that, pump spit cherwerke represents a very quickly deployable power reserve, e.g. B. in the event of failure of base load power plants.
Darüber hinaus ermöglichen Pumpspeicherwerke die Frequenzregelung im Rahmen des Verbundbetriebes und den Phasenausgleichsbetrieb. Schließlich haben Pump­ speicher geringe Wartungskosten, eine hohe Abschreibungsdauer und verglichen mit anderen Kraftwerken, z. B. Kernkraftwerken, geringere Anlagekosten (vgl. R. Flosdorff/G. Hilgarth, Elektrische Energieverteilung, loc.cit., S. 301). In addition, pumped storage plants enable frequency control in the frame of the combined operation and the phase compensation operation. Finally pump save low maintenance costs, long depreciation and compared with other power plants, e.g. B. nuclear power plants, lower plant costs (see R. Flosdorff / G. Hilgarth, Electrical Power Distribution, loc.cit., P. 301).  
AufgabenstellungTask
Diesen positiven Wirkungen der Pumpspeicherwerke steht jedoch die geringe Anzahl günstiger Standorte entgegen. Vom Prinzip her sind die Anforderungen an ein Pumpspeicherwerk bestens bekannt. So sollen Pumpspeicherwerke zur Ver­ meidung unnötiger Übertragungsverluste möglichst in der Nähe der Verbraucher liegen.However, these positive effects of pumped storage plants are neglected Number of favorable locations. In principle, the requirements are a pumped storage plant well known. So pumped storage plants for ver avoid unnecessary transmission losses as close as possible to the consumer lie.
Aus diesem Grunde sind in Gegenden, die keine entsprechenden, natürlichen Ge­ gebenheiten aufweisen, auch künstliche Speicherbecken angelegt worden. Als Bei­ spiel wird auf das kleine Speicherbecken des Pumpspeicherwerks Geesthacht an der Elbe hingewiesen. Gemäß R. Flosdorff, G. Hilgarth, Elektrische Energievertei­ lung, loc.cit., S. 280, gibt es in der Bundesrepublik Deutschland Standorte für künftige Pumpspeicherwerke mit einer Gesamtleistung von 15 GW bis 30 GW mit Speicherinhalten für 20 bzw. 10 Vollaststunden.For this reason, areas that have no corresponding natural ge show conditions, artificial reservoirs have also been created. As with the game is based on the small storage basin of the Geesthacht pumped storage plant the Elbe pointed out. According to R. Flosdorff, G. Hilgarth, Electrical Energy Distribution lung, loc.cit., p. 280, there are locations in the Federal Republic of Germany for future pumped storage plants with a total output of 15 GW to 30 GW Memory contents for 20 or 10 full load hours.
Diese mögliche Leistungsreserve in Form von Pumpspeicherwerken (30.000 MW) erscheint auf den ersten Blick in Relation zur gesamten in Deutschland installier­ ten Kraftwerksleistung (Engpaßleistung der deutschen Kraftwerke 1991 insgesamt: 124.653 MW) recht hoch. Berücksichtigt man jedoch, daß diese Leistung der Pumpspeicherwerke nur 10 Stunden zur Verfügung steht, so sieht man, daß an diesen möglichen Pumpspeicherstandorten nur 300 Millionen kWh Strom gespei­ chert sind. Setzt man diese Zahl in Beziehung zur gesamten in einem Jahr in der Bundesrepublik Deutschland erzeugten Strommenge (z. B. Stromerzeugung im Jahre 1990: 536 Milliarden kWh), so erkennt man, daß nur 0,056% der Jahresstromer­ zeugung an diesen möglichen Speicherstandorten speicherbar sind.This possible power reserve in the form of pumped storage plants (30,000 MW) appears at first glance in relation to the total installed in Germany Power plant capacity (total bottleneck capacity of German power plants in 1991: 124,653 MW) quite high. However, taking into account that this achievement of Pumped storage plants are only available for 10 hours, so you can see that these possible pumped storage locations are only fed 300 million kWh of electricity are chert. If you put this number in relation to the total in a year in the Federal Republic of Germany generated electricity (e.g. electricity generation per year 1990: 536 billion kWh), it can be seen that only 0.056% of the annual electricity generation can be stored at these possible storage locations.
Diese Überlegungen gelten jedoch nur unter Einbeziehung aller möglichen (d. h. auch der bislang nur geplanten) Speicherstandorte. Die installierte Wirklichkeit, d. h. die vorhandenen Pumpspeicherwerke, haben eine nochmals deutlich geringere Leistung. So wird gemäß Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik, loc.cit., S. 5009, die weltweit bis 1980 installierte Turbinen- und Pumpenleistung zusammen mit etwa 110 GW angegeben, für die zu diesem Zeitpunkt in der Bundesrepublik Deutschland betriebenen Pumpspeicherwerke wird eine Turbinenleistung von insge­ samt 2.650 MW genannt. Unter Annahme der oben genannten Verfügungszeiten, von beispielsweise 20 Stunden, errechnet sich damit eine gespeicherte Energie von 53 Millionen kWh. In Bezug auf die oben für 1990 genannte Jahresstromer­ zeugung von 536 Milliarden kWh sind dies nur 0,01%, oder anders ausgedrückt (bei 8760 Stunden pro Jahr) bedeutet dies, daß alle diese Pumpspeicherwerke zusammen allenfalls in der Lage sind, die Bundesrepublik Deutschland 1 Stunde allein mit Strom zu versorgen. Wie aus diesen einfachen Abschätzungen gesehen werden kann, findet eine längerfristige Energiespeicherung in Form von Pumpspei­ cherwerken nicht statt, dies obwohl die Werktagsbelastungskurven eine Tendenz zur Wochenspeicherung hin erforderlich machen (vgl. Enzyklopädie Naturwissen­ schaft und Technik, loc.cit., S. 5009).However, these considerations apply only when all possible (i.e. also of the previously planned) storage locations. The installed reality, d. H. the existing pumped storage plants have a significantly smaller one Power. According to the encyclopedia natural science and technology, loc.cit., S. 5009, the turbine and pump output installed worldwide until 1980 stated with about 110 GW, for at that time in the Federal Republic Germany operated pumped storage plants will have a total turbine output together with 2,650 MW. Assuming the above-mentioned availability times, of 20 hours, for example, a stored energy is calculated of 53 million kWh. With regard to the annual streamers mentioned above for 1990 generation of 536 billion kWh, this is only 0.01%, or in other words (at 8760 hours a year) this means that all of these pumped storage plants together at most are able to the Federal Republic of Germany 1 hour to be supplied with electricity alone. As seen from these simple estimates long-term energy storage takes the form of pumped electricity work does not take place, although the working day load curves are a trend to be required for weekly storage (see Encyclopedia Natural Knowledge shaft and technology, loc.cit., p. 5009).
Pumpspeicherwerke werden heute in erster Linie zur schnellen Regulierung des Stromnachfrage-/Stromerzeugungsgleichgewichtes genutzt. Eine Energiespeiche­ rung in einem Umfang, der diese Bezeichnung rechtfertigt, findet nicht statt. Dies ist beispielsweise aus Abb. 11. "Einsatz von Pumpspeicherwerken, Strombedarf und Stromerzeugung an einem Wintertag", Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik, loc.cit., S. 5009, zu erkennen. In dieser Abbildung sieht man, daß sogar tagsüber, in einer Phase hohen Strombedarfs, die Pumpspeicher zu einem beachtlichen Anteil, so z. B. von 12-14 Uhr, im Pumpbetrieb eingesetzt sind. Die Pumpspeicherwerke dienen also vor allem zur Regulierung und nicht zur Speiche­ rung. Pumped storage plants are today primarily used for the rapid regulation of the Power demand / power generation balance used. An energy spoke There is no scope to justify this designation. This is for example from Fig. 11. "Use of pumped storage plants, electricity requirements and electricity generation on a winter day ", encyclopedia natural science and Technik, loc.cit., P. 5009. In this picture you can see that even during the day, in a phase of high electricity demand, the pumped storage into one considerable proportion, e.g. B. from 12 p.m. to 2 p.m., are used in pumping mode. The Pumped storage plants are primarily used for regulation and not for the spoke tion.  
Dieser Befund steht in Übereinstimmung mit den Lehrbuch von T. Bohn, Band 4, Handbuchreihe Energie, Elektrische Energietechnik, Verlag TÜV Rheinland, Köln 1987, S. 621. Danach benötigen Pumpspeicherwerke geographische Voraussetzun­ gen, die in Mitteleuropa praktisch nur in den Alpen wirtschaftlich vertretbar sind. Eine wesentliche Voraussetzung für den Bau von Pumpspeicherwerken sind gün­ stige Geländebedingungen für die Anlage der Speicherbecken, dabei sollte die Fall­ höhe im Bereich 100 bis über 1000m liegen (vgl. Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik, loc.cit., S. 5008). Derartige Gegebenheiten werden in aller Regel mit dem Hochgebirge oder den Mittelgebirgen korreliert.This finding is in agreement with the textbook by T. Bohn, Volume 4, Manual series energy, electrical energy technology, publishing house TÜV Rheinland, Cologne 1987, p. 621. According to this, pumped storage plants require geographical requirements conditions that are practically only economically feasible in Central Europe in the Alps. An essential requirement for the construction of pumped storage plants is green conditions for the creation of the reservoir, this should be the case altitudes range from 100 to over 1000m (see encyclopedia natural science und Technik, loc.cit., p. 5008). Such conditions are usually correlated with the high mountains or the low mountain ranges.
Beispiele für solche Pumpspeicherwerke sind Markersbach im Erzgebirge mit einer Turbinenleistung von 1050 MW bei einer Fallhöhe von 310m oder Wehr/ Hornberg im Schwarzwald mit einer Turbinenleistung von 960 MW und einer Fallhöhe von 660 m. Sieht man einmal davon ab, daß diese Gebirgsstandorte im allgemeinen weit entfernt von den Verbraucherschwerpunkten liegen, so ergibt sich doch so­ fort, daß Pumpspeicherwerke mit ausreichend großen Wassermassen bei ausrei­ chend großen Fallhöhen, wie sie für eine effektive Energiespeicherung erforderlich wären, gerade im Hochgebirge oder in den Mittelgebirgen nicht ohne massiven Eingriff in die Natur realisiert werden könnten. Es ist damit verständlich, daß die Elektrizitätswirtschaft in Ermangelung geeigneter Pumpspeichermöglichkeiten nach anderen Möglichkeiten gesucht hat, die Differenz zwischen Stromerzeugung einer­ seits und Stromnachfrage andererseits zu beherrschen.Examples of such pumped storage plants are Markersbach in the Ore Mountains with a Turbine output of 1050 MW with a head of 310m or Wehr / Hornberg in the Black Forest with a turbine output of 960 MW and a head of 660 m. Apart from that, these mountain locations in general are far from the focus of the consumer, so it follows continued that pumped storage plants with sufficiently large water masses are sufficient large drop heights required for effective energy storage would not be without massive, especially in the high mountains or in the low mountain ranges Interference with nature could be realized. It is understandable that the Electricity industry in the absence of suitable pump storage options other ways of looking at the difference between generating electricity on the one hand and to control electricity demand on the other.
Da eine Speicherung im großen Stil offensichtlich nicht realisiert werden konnte, wurde diese Aufgabe in erster Linie über eine Steuerung der Stromnachfrage be­ wältigt. Hier muß in erster Linie die Nachtspeicherheizung genannt werden. Be­ kanntermaßen beruht das Prinzip der Nachtspeicherheizung darauf, daß die Elek­ trizitätserzeuger nachts überschüssigen, d. h. von keinem Verbraucher wirklich nachgefragten, Strom, wie er beispielsweise in Laufwasserkraftwerken, Braunkoh­ lekraftwerken oder Kernkraftwerken anfällt, sehr preisgünstig (in der Regel zu weniger als 50% des Normaltarifs) abgeben. Auf diese Weise wurde das Pro­ blem der zeitlich schwankenden Nachfrage durch Anreize zum zusätzlichen Stromverbrauch in nachfrageschwachen Zeiten und nicht durch Speicherung des in nachfrageschwachen Zeiten anfallenden Stroms gelöst.Since large-scale storage obviously couldn't be realized, This task was primarily carried out by controlling electricity demand copes. First of all, the night storage heater must be mentioned here. Be The principle of night storage heating is known to be based on the fact that the elec excess electricity producers at night, d. H. from no consumer really in demand, electricity such as that found in run-of-river power plants, brown coal Electric or nuclear power plants are very inexpensive (usually too deliver less than 50% of the normal tariff). In this way, the pro due to the fluctuating demand through incentives for additional Electricity consumption in times of low demand and not by saving the solved in times of low demand electricity.
In diesem Zusammenhang muß noch einmal darauf hingewiesen werden, daß mo­ derne Pumpspeicherwerke mit einer Gesamtausbeute von 0,75 arbeiten, d. h. 75% des zum Hochpumpen des Wassers aufgewendeten Stromes, kann beim Herabfal­ len über die Turbinen wiedergewonnen werden. Bei ausreichender Speicherkapazi­ tät sollte eine Energiespeicherung in Pumpspeicherwerken also deutlich günstiger sein als eine Abgabe des Stroms zum halben Preis.In this context it must be pointed out again that mo modern pumped storage plants operate with a total yield of 0.75, d. H. 75% of the current used to pump up the water can fall down len can be recovered via the turbines. With sufficient storage capacity Energy storage in pumped storage plants should therefore be significantly cheaper be as a supply of electricity at half the price.
Der bedeutendste Einwand gegen einen derartigen Einsatz von überschüssigem Nachtstrom für Heizzwecke kommt jedoch von ökologischen Überlegungen. Gerade unter dem Aspekt der Verringerung der Emission von Kohlendioxid ist der Ein­ satz von Strom für Heizzwecke nicht mehr zu vertreten. So arbeitet ein moder­ nes Braunkohlekraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 0,4, wohingegen eine mo­ derne Heizungsanlage einen Wirkungsgrad von < 0,9 aufweist, so daß bei einer Heizung mit Nachtspeicheröfen mehr als doppelt so viel Kohlendioxid ausgestoßen wird, wie bei einer konventionellen Heizung. Diese Überlegung gilt natürlich nur, wenn der Strom durch Wärmekraftwerke erzeugt wird.The main objection to such use of excess However, night-time electricity for heating purposes comes from ecological considerations. Straight in terms of reducing carbon dioxide emissions is the one of electricity for heating is no longer responsible. That's how a moder works Nes lignite power plant with an efficiency of 0.4, whereas a mo derne heating system has an efficiency of <0.9, so that at a Heating with night storage heaters emits more than twice as much carbon dioxide like a conventional heater. Of course, this only applies if the electricity is generated by thermal power plants.
Will man jedoch weg von einer Stromregulierung durch Steuerung der Nachfrage, so stellt sich zwangsweise die Frage nach einer effektiven Stromspeicherung im großen Umfang, und zwar nach dem heutigen Stand der Technik nach einer Ener­ giespeicherung in Form von Pumpspeicherwerken, denn diese Form der Speiche­ rung ist im Augenblick die einzige Möglichkeit, Strom in großem Umfang mit schneller Zugriffsmöglichkeit zu speichern (vgl. Handbuch Energie Band 4, Elektri­ sche Energietechnik, loc.cit., S. 623, Tabelle 4.25).But if you want to get away from regulating electricity by controlling demand, so the question of an effective electricity storage inevitably arises  large scale, according to the current state of the art after an Ener gies Storage in the form of pumped storage plants, because this form of the spoke is currently the only way to use electricity on a large scale quicker access to save (see Handbook Energy Volume 4, Electr energy technology, loc.cit., p. 623, table 4.25).
Damit stellt sich die Frage, wie man in der Nähe der Verbraucherschwerpunkte, d. h. in der Nähe von Ballungszentren, sehr große Wassermassen in entsprechend großen Speicherbecken gefahrlos speichern kann, wobei diese Speicherbecken eine möglichst große Höhendifferenz aufweisen sollten. Will man beispielsweise nur 1% der deutschen Jahresstromerzeugung in Form eines 100m hoch gelegenen Beckens speichern, so bedeutet dies die Speicherung von etwa 6 Milliarden m³ Wasser und 2 entsprechend große Speicherbecken. Auf der anderen Seite läßt sich eben­ falls leicht ausrechnen, daß die Bereitstellung von nur 10% der deutschen Eng­ paßleistung von 124.653 MW, d. h. die Bereitstellung von 12.465 MW in einem sol­ chen Kraftwerk mit einer Fallhöhe von 100m gleichbedeutend ist mit einem Was­ serfluß von ca. 15.000 m³/s, dies entspricht in etwa der Wasserführung des Rheins bei extremem Hochwasser.This raises the question of how to get close to the consumer focus, d. H. near metropolitan areas, very large water masses in accordingly can store large storage tanks safely, this storage tank a should have the greatest possible height difference. For example, if you only want 1% German annual electricity generation in the form of a 100m high basin store, this means the storage of about 6 billion m³ of water and 2 appropriately large storage pools. On the other hand, if easy to calculate that the provision of only 10% of the German Eng fit capacity of 124,653 MW, d. H. the provision of 12,465 MW in a sol Chen power plant with a fall height of 100m is synonymous with a what 15,000 m³ / s, this corresponds approximately to the water flow of the Rheins in extreme floods.
Wie ausgeführt, wird die Grundlast der Stromerzeugung zumindest in Deutsch­ land im wesentlichen durch Kernenergie, Steinkohle und Braunkohle erbracht. Da­ bei wurden für die Braunkohleförderung ganze Landstriche großflächig im Tagebau genutzt. So hat beispielsweise allein der Lausitzer Braunkohletagebau zwischen Cottbus, Senftenberg und Zittau in seiner mehr als hundertjährigen Geschichte ei­ ne Fläche von 74.744 Hektar in Anspruch genommen, dies entspricht in etwa der Fläche des Stadtstaates Hamburg. Von dieser Fläche war im September 1994 et­ wa die Hälfte rekultiviert. Die noch verbliebenen 36.500 Hektar müssen in den nächsten Jahren unter großem finanziellen Aufwand rekultiviert werden (siehe hier­ zu Sächsische Zeitung, Dresden, Ausgabe 17./18. September 1994, S. 1).As stated, the base load of electricity generation is at least in German The country is mainly powered by nuclear energy, hard coal and lignite. There At whole areas of land were used for the mining of brown coal in the open pit used. For example, the Lusatian lignite mine alone has between Cottbus, Senftenberg and Zittau in its more than 100-year history ne area of 74,744 hectares, this corresponds approximately to that Area of the city-state of Hamburg. From this area in September 1994 et wa half recultivated. The remaining 36,500 hectares must go to the can be recultivated in the next few years at great expense (see here to Sächsische Zeitung, Dresden, edition 17./18. September 1994, p. 1).
Betrachtet man die deutschen Braunkohlelagerstätten insgesamt, so hat man es mit einer Fläche zu tun, die größer ist als beispielsweise das Saarland. Neben dem Lausitzer Revier sind hier vor allem das Mitteldeutsche und das Rheinische Revier zu nennen.If you look at the German lignite deposits as a whole, you have it to deal with an area that is larger than, for example, the Saarland. Next the Lausitzer Revier are mainly Central German and Rhenish To call territory.
All diese durch den Braunkohlenbergbau genutzten, "verstromten" Gebiete müssen aufwendig rekultiviert werden. Bei der Rekultivierung werden ganze Landschaften neu gestaltet. Anerkennung hat die Rekultivierung des Braunkohletagebaus im Brühler Raum erfahren, bei der weiträumige Waldflächen und rund 30 Seen und Teiche entstanden sind (siehe Arno Kleinebeckel, Unternehmen Braunkohle, Ge­ schichte eines Rohstoffes, eines Reviers, einer Industrie im Rheinland, Greven Verlag Köln GmbH, Herausgeber Rheinische Braunkohlewerke AG, Köln, 1986, S. 279).All of these "electricity" areas used by lignite mining must be extensively recultivated. Whole landscapes are used in the recultivation newly designed. Recultivation of the lignite mine in the Brühler experience in the vast forest areas and around 30 lakes and Ponds have arisen (see Arno Kleinebeckel, company brown coal, Ge layer of a raw material, a territory, an industry in the Rhineland, Greven Verlag Köln GmbH, publisher Rheinische Braunkohlewerke AG, Cologne, 1986, p. 279).
Lösungsolution
Es wurde nun gefunden, daß sich die Aufgabe der Speicherung überschüssiger Energie eines elektrischen Versorgungsnetzes lösen läßt, wenn man diese Aufga­ be der Energiespeicherung mit der Aufgabe der Rekultivierung und Sanierung von Braunkohletagebaustrecken verknüpft.It has now been found that the task of storing excess Energy of an electrical supply network can be solved if one of these tasks be energy storage with the task of recultivating and remediating Lignite open-cast mine routes linked.
So wurde gefunden, daß die gestiegenen Anforderungen an eine Speicherung elektrischer Energie in hervorragender Weise erfüllt werden durch ein Pumpspei­ cherwerk, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das untere Speicherbecken in ei­ ner bestehenden oder ausgeräumten Braunkohlelagerstätte angeordnet ist, wobei im allgemeinen weiter gilt, daß dieses untere Speicherbecken gänzlich unterhalb des Umgebungsniveaus angeordnet ist.So it was found that the increased requirements for storage electrical energy can be excellently fulfilled by a pump cherwerk, which is characterized in that the lower storage basin in egg ner existing or cleared lignite deposit is arranged, wherein  in general, this lower reservoir is entirely below of the environmental level is arranged.
Ein besonderes Kennzeichen dieser neuartigen Pumpspeicherwerke ist ferner, daß das untere Speicherbecken keinen Abfluß besitzt und in der Regel die gesamten im Pumpspeicherwerk befindlichen Wassermassen aufnehmen kann.A special feature of these novel pumped storage plants is also that the lower reservoir has no drain and usually the entire one can hold water masses in the pumped storage plant.
Diese Einschränkung, daß das untere Speicherbecken keinen (natürlichen) Abfluß aufweisen soll, bedingt zwar - wie unten näher ausgeführt - erhebliche technische Beschränkungen, z. B. in der Auswahl der Turbinen, ist aber unter Sicherheits­ aspekten von zentraler Bedeutung. So geht von einer Wassermasse, die sich in einem großen Becken unterhalb des Umgebungsniveaus befindet, keine Gefahr aus, auch dann nicht, wenn irgendeine Mauer oder ein Damm bricht. Damit können die erfindungsgemäßen Pumpspeicher - wie unten näher ausgeführt - auch in allernäch­ ster Nähe zu großen Ballungszentren, d. h. zu großen Verbraucherzentren, instal­ liert werden.This restriction that the lower reservoir has no (natural) drain is supposed to have - as explained in more detail below - considerable technical Restrictions, e.g. B. in the selection of turbines, but is under safety issues of central importance. So goes from a mass of water that is in a large pool below the level of the environment, no danger not even if any wall or dam breaks. So that can Pump storage according to the invention - as explained in more detail below - also in the near future very close to major metropolitan areas, d. H. to large consumer centers, instal be lated.
Die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke in Braunkohlelagerstätten sind im all­ gemeinen auch dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserniveau im Unterbecken je nach Füllgrad des Oberbeckens um wenigstens 15m, bevorzugt um wenigstens 40m schwankt. Dies bedingt zwar - wie unten ausgeführt - bestimmte technische Einschränkungen, ist aber für die erfindungsgemäßen Pumpspeicher mit großer Kapazität in der Regel zwingend.The pumped storage plants according to the invention in lignite deposits are in all common also characterized in that the water level in the basin depending according to the degree of filling of the upper basin by at least 15m, preferably by at least 40m fluctuates. This requires certain technical features, as explained below Restrictions, but is great for the pumped storage according to the invention Capacity is usually mandatory.
Die Höhendifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Becken richtet sich nach den Möglichkeiten der entsprechenden Braunkohletagebaustrecke. Die Höhen­ differenz sollte im allgemeinen jedoch wenigstens 40m betragen, bevorzugt ist ei­ ne mittlere Höhendifferenz von < 90m. Besondere technische Vorteile ergeben sich, wenn die Höhendifferenz 150m oder gar 250m übersteigt.The difference in height between the upper and lower pelvis depends according to the possibilities of the corresponding brown coal open-cast mine route. The heights However, the difference should generally be at least 40m, ei is preferred ne average height difference of <90m. There are special technical advantages if the height difference exceeds 150m or even 250m.
Die Anordnungen der Becken zueinander erfolgt im allgemeinen entsprechend den geographischen Möglichkeiten. So kann es durchaus vorteilhaft sein, z. B. 1 großes Unterbecken durch 2 mehr als 5 km entfernte obere Becken zu versorgen. In diesem Fall empfiehlt sich die Installation einer Ausgleichsanlage (Wasserschloß) (vgl. Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik, loc.cit., S. 5003, Abb. 2). Liegen Oberbecken und Unterbecken relativ nahe beieinander, z. B. in einem Ab­ stand < 1km, so genügt u. U. ein einfacher Druckstollen (vgl. Enzyklopädie Natur­ wissenschaft und Technik, loc.cit., S. 5009, Abb. 9).The cymbals are generally arranged in accordance with the geographical possibilities. So it can be quite advantageous, e.g. B. 1 large To supply the basin with 2 upper basins more than 5 km away. In in this case it is recommended to install a compensation system (water castle) (cf.Encyclopedia of Natural Sciences and Technology, loc.cit., p. 5003, Fig. 2). Are upper and lower basins relatively close to each other, e.g. B. in a Ab stood <1km, so it is sufficient U. a simple pressure tunnel (see Encyclopedia nature science and technology, loc.cit., p. 5009, fig. 9).
Besonders bevorzugt sind solche Pumpspeicherwerke, bei denen das untere und das obere Speicherbecken innerhalb einer Braunkohlenlagerstätte angeordnet sind. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn sowohl das untere wie auch das obere Speicherbecken innerhalb einer zumindest teilweise ausgebeuteten Braunkohlelager­ stätte, d. h. innerhalb eines bestehenden oder eines geschlossenen Braunkohletage­ baus angeordnet sind.Pump storage plants in which the lower and the upper storage basin is arranged within a lignite deposit. Particular advantages arise when both the lower and the upper Storage basin within an at least partially exploited brown coal warehouse place, d. H. within an existing or a closed lignite mine are arranged.
Im Unterschied zu herkömmlichen Pumpspeicherwerken sind auch solche Becken­ anordnungen von Interesse, bei denen der minimale Füllstand des Oberbeckens mit dem maximalen Füllstand des Unterbeckens fast überlappt. Es sind also auch sol­ che Beckenanordnungen bevorzugt, die bei einem nahezu leer gelaufenen Ober­ becken nur noch einen sehr geringen Höhenunterschied zum entsprechend fast vollen Unterbecken aufweisen.In contrast to conventional pumped storage plants, such pools are also arrangements of interest in which the minimum level of the upper basin with the maximum fill level of the sub-basin almost overlapped. So it's sol too che pelvic arrangements preferred when the waiver is almost empty basin only a very small difference in height to the corresponding almost have a full basin.
Kennzeichnend für die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke ist damit auch, daß sich je nach Füllstand des Ober- und des Unterbeckens eine erhebliche Schwan­ kung der Höhendifferenz zwischen dem Wasserstand des Oberbeckens und des Unterbeckens einstellt. So kann es durchaus zutreffen, daß sich für ein Pump­ speicherwerk bei vollem Oberbecken und leerem Unterbecken eine Höhendifferenz von z. B. 400m ergibt, während dieselbe Beckenanlage bei fast leer gelaufenem Oberbecken und nahezu vollem Unterbecken eine Höhendifferenz von z. B. 20m aufweist. D.h. es wird besonders großer Wert auf eine optimale Ausnutzung der Speichermöglichkeit der Becken gelegt. Die damit verbundenen Probleme bei der Auslegung der Pumpen und Turbinen sind dem unterzuordnen.It is also characteristic of the pumped storage plants according to the invention that depending on the level of the upper and lower pelvis, a considerable swan kung the difference in height between the water level of the upper basin and the Lower basin sets. So it may well be the case that a pump storage plant with a full upper pool and empty lower pool a height difference from Z. B. 400m results, while the same pool system with almost empty  Upper pool and almost full lower pool a height difference of z. B. 20m having. I.e. it is particularly important to make optimal use of the Possibility to store the pool. The problems associated with the The design of the pumps and turbines are subordinate to this.
Prinzipiell lassen sich diese Pumpspeicherwerke in ganz unterschiedlicher Größe erbauen. So kann man in einem Pumpspeicherwerk mit einem unteren und oberen Becken von je 10 Millionen m³ bei einer mittleren Höhendifferenz von 100m Energie entsprechend 2,3 Millionen kWh speichern (zur Berechnung siehe Bei­ spiele). Die erfindungsgemäße Anordnung wenigstens des unteren Beckens in ei­ nem Braunkohletagebau unter Umgebungsniveau gestattet jedoch den gefahrlosen Bau von Pumpspeicherwerken mit deutlich größerer Kapazität. So wird man erfin­ dungsgemäß bevorzugt solche Pumpspeicherwerke errichten, bei denen das untere Becken wenigstens 50 Millionen m, oder bevorzugt wenigstens 100 Millionen m³ faßt. Besonders bevorzugt sind Pumpspeicherwerke mit Speicherbecken, die ein Fassungsvermögen von mehr als 200 Millionen m³ aufweisen. Besonders große Vorteile der erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke ergeben sich, wenn die Spei­ cherbecken mehr als 500 Millionen m³ oder gar mehr als 1 Milliarde m³ fassen.In principle, these pumped storage plants can be of very different sizes build. So you can in a pumped storage plant with a lower and upper Basins of 10 million m³ each with an average height difference of 100m Store energy corresponding to 2.3 million kWh (for calculation see Bei games). The inventive arrangement of at least the lower pelvis in egg However, lignite open-cast mining below the ambient level permits safe operation Construction of pumped storage plants with significantly larger capacity. This is how you are invented According to the invention, preferably build those pumped storage plants in which the lower one Basin at least 50 million m, or preferably at least 100 million m³ sums up. Pumped storage plants with storage basins are particularly preferred Have a capacity of more than 200 million m³. Particularly large Advantages of the pumped storage plants according to the invention arise when the storage basins can hold more than 500 million m³ or even more than 1 billion m³.
Ganz allgemein können mit den erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerken besonders große Energiemengen gespeichert werden. So sind beispielsweise im Rheinischen Braunkohlerevier problemlos Pumpspeicherwerke mit einer Beckengröße von 500 Millionen m³ installierbar. Bei einer Höhendifferenz von z. B. 400m, wie sie sich im Rheinischen Braunkohlerevier aufgrund der besonders tiefen Lage der Braun­ kohlenflöze ohnehin einfach realisieren läßt, ergibt sich für ein derartiges Pump­ speicherwerk eine Kapazität von fast 450 Millionen kWh. Damit kann ein einziges derartiges erfindungsgemäßes Pumpspeicherwerk fast zehnmal so viel Energie speichern wie alle z. Z. in Deutschland installierten Pumpspeicherwerke zusam­ men. In der Regel wird man derartige Großspeicher als Wochen-, Monats- oder Jahresspeicher einsetzen.In general, with the pumped storage plants according to the invention, in particular large amounts of energy are stored. For example, in the Rhineland Lignite mining area easily pumped storage plants with a pool size of 500 Millions of m³ can be installed. With a height difference of z. B. 400m as they are in the Rheinische Braunkohlerevier due to the particularly deep location of the Braun coal seams can be easily realized anyway, results for such a pump storage plant with a capacity of almost 450 million kWh. So that one such a pumped storage plant according to the invention almost ten times as much energy save like all z. Z. Pump storage plants installed in Germany together men. As a rule, such large storage will be weekly, monthly or Use annual memory.
Erfindungsgemäß sind demzufolge insbesondere solche Pumpspeicherwerke, die ei­ ne Speicherkapazität von mehr als 20 Millionen kWh oder bevorzugt mehr als 50 Millionen kWh aufweisen. Besonders bevorzugt sind jedoch Pumpspeicherwerke, die eine Kapazität von mehr als 200 Millionen kWh oder - wie oben dargestellt - eine Kapazität von 400 Millionen kWh und mehr haben.According to the invention, therefore, are in particular those pumped storage plants that have egg ne storage capacity of more than 20 million kWh or preferably more than 50 Have millions of kWh. However, pumped storage plants are particularly preferred, which have a capacity of more than 200 million kWh or - as shown above - have a capacity of 400 million kWh and more.
Im allgemeinen werden die Pumpspeicherwerke so ausgelegt (Verhältnis der instal­ lierten Leistung zur gespeicherten Wassermenge), daß diese Leistung wenigstens 4 Stunden zur Verfügung steht. Bevorzugt sind jedoch Pumpspeicherwerke, die eine Verfügungszeit von mindestens 50h oder bevorzugt mindestens 100h aufwei­ sen. Wie oben ausgeführt, ist ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke ihre Eignung als Langzeitspeicher, so daß Verfügungszeiten von mehr als 300h besonders bevorzugt sind. Ganz besondere Vorteile ergeben sich, wenn die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke eine Verfügungszeit von mehr als 700h aufweisen.In general, the pumped storage plants are designed in this way (ratio of instal gated power to the stored amount of water) that this power at least 4 hours is available. However, pumped storage plants are preferred an availability of at least 50h or preferably at least 100h sen. As stated above, a particular advantage of this invention Pumped storage plants are suitable as long-term storage, so that availability times of more than 300 hours are particularly preferred. There are very special advantages if the pumped storage plants according to the invention have an availability of more than 700h.
Die Auslegung der Pumpen- und Turbinenleistung erfolgt entsprechend der gefor­ derten Anwendungsart des Pumpspeicherwerkes. Geht man beispielsweise davon aus, daß in dem oben dargestellten Pumpspeicherwerk mit 500 Millionen m³ Bec­ kenvolumen und einer Höhendifferenz von 400m Energie für 100 Stunden bereit gehalten werden soll, so ergibt sich für dieses Pumpspeicherwerk eine Leistung von 4444 MW, d. h. ein derartiges Pumpspeicherwerk stellt für die Dauer von 100h in etwa die Leistung von 4 Kernkraftwerken zur Verfügung.The pump and turbine output is designed in accordance with the gefor most application of the pumped storage plant. For example, assume from that in the pumped storage plant shown above with 500 million m³ Bec volume and a height difference of 400m energy for 100 hours should be held, there is an output for this pumped storage plant of 4444 MW, i.e. H. such a pumped storage plant provides for the duration of  100h approximately the power of 4 nuclear power plants.
Andererseits bedeutet dies einen Wasserstrom von 5 Millionen m³/h oder ent­ sprechend 1389 m³/s. Dies sind Wassermassen, wie sie in vielen großen Was­ serkraftwerken der Erde auftreten und beherrscht werden. Bevorzugt werden die­ se Wassermassen auf mehrere Turbinen verteilt.On the other hand, this means a water flow of 5 million m³ / h or ent speaking 1389 m³ / s. These are masses of water, as they do in many great things Earth's power plants occur and are controlled. The are preferred This mass of water is distributed over several turbines.
Die Auslegung solcher großen Wasserkraftanlagen kann als bekannt vorausgesetzt werden. So gilt ganz allgemein, daß die größten Kraftwerksblöcke weltweit ohne­ hin Wasserkraftwerke sind. Beispiele sind hier Guri/Venezuela mit einer Leistung von 5.525 MW, Grand Coulee/USA mit 5.480 MW oder gar Itaipu/Brasilien- Pa­ raguay mit einer Leistung von 12.870 MW , wobei hier ein Ausbau auf 21.500 MW geplant ist.The design of such large hydropower plants can be assumed to be known will. It is generally true that the largest power plant units worldwide without are hydroelectric plants. Examples here are Guri / Venezuela with an achievement of 5,525 MW, Grand Coulee / USA with 5,480 MW or even Itaipu / Brazil- Pa raguay with a capacity of 12,870 MW, with an expansion to 21,500 MW is planned.
Als weiteres Beispiel sei auf die Wasserkraftanlage Atatürk am Euphrat hinge­ wiesen. In dieser Anlage wird die Gesamtleistung von 2400 MW durch 8 Einhei­ ten mit je 300 MW Leistung erbracht (vergl. U. Ozis et al., Wasserkraftanlage Atatürk am Euphrat, 7. Internationales Seminar Wasserkraftanlagen, Instandhal­ tung- Schwachstellenanalyse- Diagnostik, TU Wien, 10.-12. November 1992, Ver­ lag Technische Universität Wien, 1992, S. 17).Another example is the Ataturk hydropower plant on the Euphrates grasslands. In this plant, the total output of 2400 MW by 8 units 300 MW each (see U. Ozis et al., hydropower plant Ataturk am Euphrat, 7th International Seminar on Hydropower Plants, Maintenance Tung- vulnerability analysis- diagnostics, Vienna University of Technology, 10.-12. November 1992, ver Vienna University of Technology, 1992, p. 17).
Andererseits kann die oben diskutierte Beckenanordnung, Speichervolumen: 500 Millionen m³, Höhendifferenz: 400m, bei 500 MW Gesamtleistung als ausgepräg­ ter Langzeitspeicher eingesetzt werden. So liefert dieses Pumpspeicherwerk bei einer Ausrüstung mit 2 Einheiten mit je 300 MW immerhin 740h Strom. Damit kann diese Anlage beispielsweise an 185 Werktagen 4h lang eine Leistung von 500 MW erbringen.On the other hand, the pool arrangement discussed above, storage volume: 500 Million m³, height difference: 400m, with 500 MW total output as distinctive long-term storage can be used. This is how this pumped storage plant delivers equipment with 2 units, each with 300 MW, 740h of electricity. In order to For example, this system can output 4 hours on 185 working days Provide 500 MW.
Ebenso ist es möglich, bei entsprechender Turbinen- und Pumpenausstattung die­ ses Pumpspeicherwerk als extrem leistungsstarken Kurzzeitspeicher auszulegen. Ein derartiger Ausbau ist beispielsweise interessant, wenn es darum geht, Spit­ zenstrom in einem überregionalen Verbund zur Verfügung zu stellen. Dies ermög­ licht die wirtschaftliche Nutzung von minderwertigem - weil zeitlich nicht regulier­ barem - Strom aus Laufwasserkraftwerken, Wind-, Solar- oder Blockheizkraft­ werken als Spitzenstrom.It is also possible, with the appropriate turbine and pump equipment this pumped storage plant as an extremely powerful short-term storage. Such an expansion is interesting, for example, when it comes to Spit to provide zenstrom in a supra-regional network. This enables illuminates the economic use of inferior goods - because they are not regulated in time barem - electricity from run-of-river power plants, wind, solar or block heating power work as peak current.
Von besonderer Bedeutung sind demnach spezielle Kraftwerkskombinationen.Special power plant combinations are therefore of particular importance.
So wird in einer bevorzugten Ausführungsform das in einem (ehemaligen) Braun­ kohletagebau angelegte Pumpspeicherwerk in Kombination mit einem Braunkohle­ kraftwerk betrieben. Damit resultiert eine Kraftwerkskombination, die Spitzen­ strom liefert. So dient in dieser Anordnung der nachts bzw. ganz allgemein der in nachfrageschwachen Zeiten vom Braunkohlekraftwerk erzeugte Strom zum Hochpumpen von Wasser im benachbarten Pumpspeicher. Tagsüber, bei erhöhter Stromnachfrage, erbringen Braunkohlekraftwerk und Speicher gemeinsam eine deut­ lich erhöhte Leistung. Damit ist der gewinnbringende Einsatz eines im allgemeinen nur Grundlast fahrenden Braunkohlekraftwerkes als Spitzenkraftwerk möglich. Diese erfindungsgemäße Umwandlung von Grundlast fahrenden Braunkohlekraftwer­ ken in Spitzenkraftwerke ist besonders einfach möglich. So benötigt man für ein reines Spitzenkraftwerk, das beispielsweise tagsüber nur 5h Strom liefern muß, nur - für die Verhältnisse des Braunkohletagebaus - kleine Speicherbecken, wobei durchaus auch nur geringe Fallhöhen erforderlich sind. Zur Vermeidung großer Übertragungsverluste sollte bei dieser Kraftwerkskombination die Entfernung zwi­ schen Pumpspeicherwerk und thermischem Kraftwerk weniger als 50 km betra­ gen. In a preferred embodiment, this is in a (former) brown Open pit coal-fired pumped storage plant in combination with a brown coal power plant operated. This results in a combination of power plants, the peaks supplies electricity. In this arrangement, the one used at night or in general electricity generated by lignite-fired power plants in times of low demand Pumping up water in the neighboring pump storage. During the day, with increased Electricity demand, lignite-fired power plant and storage together produce a significant increased performance. So the profitable use is one in general only a base load moving lignite power plant as a peak power plant possible. This conversion according to the invention of base load driving lignite power plants It is particularly easy to do in peak power plants. So you need for one pure peak power plant that, for example, only has to deliver 5 hours of electricity during the day, only - for the conditions of opencast lignite mining - small storage tanks, whereby only small drops are absolutely necessary. To avoid large Transmission losses with this power plant combination should be the distance between pumped storage and thermal power plants less than 50 km gene.  
So kann beispielsweise mit einem in einem Braunkohletagebau angelegten Pump­ speicher mit 2 Becken (Ausmaße: 1000m × 1000m, Tiefe: 50m) bei einer mittle­ ren Höhendifferenz von 70m 6h lang eine Leistung von 1296 MW bereitgestellt werden. In Kombination mit dem Braunkohlekraftwerk, das beispielsweise 600 MW Leistung erbringt, stellt diese Kraftwerkskombination in nachfragestarken Zeiten damit fast 1900 MW zur Verfügung.For example, with a pump installed in a lignite mine storage with 2 pools (dimensions: 1000m × 1000m, depth: 50m) with one medium ren height difference of 70m 6h provided a capacity of 1296 MW will. In combination with the lignite-fired power plant, for example 600 MW This combination of power plants provides performance in times of high demand almost 1900 MW available.
In einer derartigen Braunkohle- Speicherkraftwerks- Kombination ist naturgemäß die Pumpenleistung geringer als die Turbinenleistung (Pumpenleistung beispielsweise weniger als die Hälfte der Turbinenleistung), da bei dieser Einsatzkonstellation das Braunkohlekraftwerk relativ lang, z. B. 12 oder 18h Wasser vom unteren in das obere Becken pumpt, während die Nutzung des hoch gepumpten Wassers zum Antrieb der Turbinen z. B. in 6h erfolgt.In such a lignite-storage power plant combination is natural the pump output is less than the turbine output (pump output, for example less than half of the turbine power), because in this application constellation the lignite-fired power plant is relatively long, e.g. B. 12 or 18h water from the bottom in the upper basin pumps while using the high pumped water to drive the turbines z. B. takes place in 6h.
Will man dagegen diese Kraftwerkskombination als reinen Tag/Nacht-Speicher nutzen, z. B. Pumpbetrieb von 23h bis 5h, so ist das Verhältnis von Turbinen- zur Pumpenleistung entsprechend invers zu wählen. Mit Vorteil können in solchen Pumpspeichern auch Pumpturbinen zum Einsatz kommen.However, if you want this power plant combination as a pure day / night storage use, e.g. B. Pump operation from 23h to 5h, the ratio of turbine to select the inverse of the pump output accordingly. Advantageously, in such Pumped storage systems also use pump turbines.
Neben dieser Nutzung der Pumpspeicherwerke in Braunkohlelagerstätten zur Um­ wandlung eines Grundlastkraftwerkes in ein Spitzenkraftwerk sind die erfindungs­ gemäßen großen Pumpspeicherwerke besonders gut geeignet, elektrische Energie, die in einer Vielzahl von Kleinkraftwerken wie Windkraftanlagen, Solaranlagen, Blockheizkraftanlagen u. a. unregelmäßig anfällt, zum Hochpumpen von Wasser in das obere Speicherbecken zu nutzen und auf diesem Wege die Energie zu spei­ chern. Besonders in diesem Fall der Ausnutzung vieler kleiner, sehr unregelmäßig Strom liefernder Anlagen ist es durchaus im Sinne der Erfindung, wenn die Pum­ pen zum Hochpumpen des Wassers mit einer anderen Spannung oder Frequenz arbeiten als die Generatoren, die an das Verbundnetz angepaßt sein müssen. Von Interesse ist auch die Einspeisung von Strom industrieller Kraftwerke zum Hochpumpen von Wasser. Dies ermöglicht wie bei den Blockheizkraftwerken die Gewinnung von elektrischer Energie als Nebenprodukt.In addition to this use of the pumped storage plants in lignite deposits for the um Conversion of a base load power plant into a peak power plant is the invention large pumped storage plants particularly well suited, electrical energy, in a variety of small power plants such as wind turbines, solar systems, Cogeneration plants u. a. irregularly occurs for pumping up water in to use the upper storage tank and in this way to save energy chern. Especially in this case, the use of many small, very irregular It is quite within the meaning of the invention for power supply systems if the pump pen for pumping up the water with a different voltage or frequency work as the generators that must be adapted to the interconnected network. The feed-in of electricity from industrial power plants is also of interest Pumping up water. As with cogeneration plants, this enables Extraction of electrical energy as a by-product.
Errichtung der PumpspeicherwerkeConstruction of the pumped storage plants
Umfang und Ausmaß des Braunkohletagebaues zeigen heute Formen, die es er­ forderlich machen, ganze Landstriche neu zu gestalten. So ist die Sophienhöhe (281m) bei Hambach im Rheinland letztlich nur eine Abraumhalde des Tagebaus Hambach.The extent and extent of open-cast lignite mining today show forms that he make it necessary to redesign entire areas. So is the Sophienhöhe (281m) at Hambach in the Rhineland ultimately only a mine dump of the open pit Hambach.
Andernorts werden bei der Rekultivierung von Tagebaustrecken ganze Seenland­ schaften neu angelegt. Ganz allgemein werden im Braunkohletagebau selbst bzw. bei der Rekultivierung gewaltige Erdmassen bewegt. So müssen allein im Tagebau Hambach 15,4 Milliarden m³ Abraum bewegt werden. Davon werden 1,7 Milliarden m³ über ein 14km langes Förderband zum Auffüllen des Tagebaus Fortuna transportiert werden. Für die Bewegung dieser Erdmassen stehen allein im Tage­ bau Hambach 5 Schaufelradbagger mit einer Leistung von jeweils 240 000 m³/Tag. Ebenso existieren im Tagebau Hambach bzw. im Tagebau Fortuna Abset­ zer mit einer vergleichbar großen Leistung.Elsewhere, entire lake areas are being used for the reclamation of open pit routes newly created. In general, lignite mining itself or tremendous masses of earth moved during recultivation. So alone in the open pit Hambach 15.4 billion m³ of overburden can be moved. Thereof 1.7 billion m³ on a 14km long conveyor belt to fill up the Fortuna mine be transported. For the movement of these earth masses stand alone in the day Hambach build 5 bucket wheel excavators with a capacity of 240,000 each m³ / day. There are also in the Hambach opencast mine and Fortuna Abset opencast mine zer with a comparable great performance.
Hat man auf der einen Seite mit der Sophienhöhe einen künstlichen Berg ge­ schaffen, so frißt sich der Tagebau auf der anderen Seite dem Verlauf der Koh­ le folgend in eine Tiefe von 295m unter NN. Um diese bei -295m lagernde Koh­ le zu fördern, muß 400m Deckgebirge abgetragen werden.If you have an artificial mountain on one side with the Sophienhöhe create, so the open-cast mine on the other side eats the course of the Koh le following at a depth of 295m below sea level. Around this Koh stored at -295m To promote le, 400m of overburden must be removed.
Wie an diesem Beispiel gezeigt wird, entstehen bei der Nutzung der Braunkohle­ lagerstätten durchaus Höhendifferenzen von einigen hundert Metern (z. B. im hier diskutierten Tagebau Hambach fast 600m). Erfindungsgemäß wird nun der Abraum so geschichtet, daß auf der einen Seite des Tagebaus ein möglichst großes, möglichst hoch gelegenes Becken errichtet wird und an einer anderen Stelle des Tagebaus ein möglichst tiefes und möglichst großes Speicherbecken belassen wird oder angelegt wird. Dazu werden diese Becken durch eine Wasserkraftanlage mit­ einander verbunden. Im Prinzip ist es zwar möglich, das obere und das untere Becken direkt durch eine große Staumauer voneinander zu trennen, im allgemei­ nen sind die Braunkohlelagerstätten jedoch so weiträumig, daß es bautechnisch einfacher möglich ist, Oberbecken und Unterbecken so weit zu trennen, daß man ohne große Staumauern auskommt. In der Regel ist die Anlage so auszulegen, daß das untere Becken die gesamten Wassermassen faßt und diese Massen sich voll­ ständig unter dem Umgebungsniveau befinden. Dies ist eine zwingende Vorausset­ zung für die Anlage von Großspeichern. Im allgemeinen ist diese Forderung gleichbedeutend mit der Forderung, daß das untere Speicherbecken keinen natürli­ chen Abfluß hat.As shown in this example, lignite is generated when using lignite deposits may have height differences of a few hundred meters (e.g. in the here  discussed opencast mine Hambach almost 600m). According to the invention, the overburden is now layered in such a way that the largest possible, the highest possible pool is erected and at another point in the Open-cast mining is left with the deepest and largest possible storage basin or is created. To do this, these pools are powered by a hydro power plant connected to each other. In principle it is possible, the upper and the lower Generally, to separate basins directly from each other by a large dam NEN, however, the lignite deposits are so extensive that it is structurally it is easier to separate the upper and lower basins so far that one can manages without large dam walls. As a rule, the system must be designed so that the lower basin holds the entire water mass and these masses are full are constantly below the ambient level. This is a mandatory requirement for the installation of large storage tanks. In general, this is a requirement synonymous with the requirement that the lower reservoir no natural Chen drain.
Erfindungsgemäß wird die Anlage des oberen und unteren Beckens so durchge­ führt, daß eine Landschaft mit ausgeprägter Höhengliederung entsteht, wobei sich ein Teil dieser Anordnung unter Umgebungsniveau befindet.According to the invention, the system of the upper and lower pelvis is run through leads to the creation of a landscape with a distinctive elevation, whereby part of this arrangement is below ambient level.
Unter Umgebungsniveau ist dabei die Höhenlage über dem Meeresspiegel (NN) zu verstehen, die das Gelände in einem Umkreis von wenigstens 5km um das Pump­ speicherwerk aufweist. In der Regel ist dies auch die Höhe über NN, auf der sich die Flüsse und Ortschaften der Umgebung befinden. Sofern durch die Rekul­ tivierung eine Höhenveränderung vorgenommen worden ist, wird als Bezugsmaß die Höhenlage über NN vor der Ausbeutung der Braunkohlelagerstätte zugrundegelegt. Wie ausgeführt, ist es für die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke von beson­ derer Bedeutung, daß wenigstens das untere Speicherbecken unterhalb des Um­ gebungsniveaus angeordnet ist. Als Faustregel gilt, daß der Boden des unteren Speicherbeckens wenigstens 40m, bevorzugt wenigstens 80m unter Umgebungsni­ veau angelegt ist. Im allgemeinen ist der Boden des unteren Beckens höchstens 20m über NN, bevorzugt unter NN und ganz besonders bevorzugt wenigstens 50m unter NN angelegt. Besonders große Speicherkapazitäten ergeben sich, wenn der Boden des unteren Beckens wenigstens 100m unter NN angelegt ist.Below the ambient level, the altitude above sea level (NN) is too understand the terrain within a radius of at least 5km around the pump has storage unit. Usually this is also the height above sea level at which the surrounding rivers and towns are located. Provided by the Rekul tiv a change in height has been made, is used as a reference Elevation above sea level prior to the exploitation of the lignite deposit. As stated, it is of particular importance for the pumped storage plants according to the invention whose importance that at least the lower reservoir below the order level is arranged. As a rule of thumb, the bottom of the bottom Storage basin at least 40m, preferably at least 80m below surrounding level veau is created. In general, the bottom of the lower pelvis is at most 20m above sea level, preferably below sea level and very particularly preferably at least 50m below sea level. Especially large storage capacities arise when the bottom of the lower pelvis is at least 100m below sea level.
Förderlich für diese Anlage von großen Pumpspeichern in ausgebeuteten Braun­ kohletagebaustrecken ist der Umstand, daß durch die Verbrennung derart großer Kohlemassen (Verstromung) ohnehin ein Restloch entsteht. Diese Restlöcher sind zum Teil so groß, daß sie sich auch in Jahrzehnten nicht mit Regenwasser und Grundwasser füllen. Aus diesem Grunde ist beispielsweise im Tagebau Garzweiler II geplant, Wasser aus dem Rhein zum Auffüllen des Restloches heranzuführen. Ein wesentlicher Aspekt bei der Anlage der Becken ist die Isolierung gegen das Grundwasser, z. B. in Form eines Abdichtungsschirms. Hier kann auf die Erfah­ rungen im Staudammbau bzw. bei der Rekultivierung von Braunkohlelagerstätten zurückgegriffen werden. Sofern möglich, wird man zur Abdichtung der Becken nach unten auch natürliche Gegebenheiten ausnutzen, so z. B. vorhandene Ton­ schichten belassen oder diese bei der Anlage der Becken einbringen. Wenn möglich wird man in einem gegebenen Braunkohlenabbaugebiet Gegenden mit besonders tiefliegenden Flözen zur Errichtung des Unterbeckens nutzen. Dies ist besonders interessant, wenn die Braunkohlenflöze sich in Relation zur Oberfläche in sehr unterschiedlicher Tiefe bewegen. Dies ist z. B. der Fall bei Versetzungen oder ganz einfach, wenn das Flöz in die Tiefe absinkt. Im allgemeinen ist in die­ sem Fall die Installation des Oberbeckens direkt mit dem Abraum d. h. dem Deck­ gebirge des tiefer liegenden Flöz es, möglich. Derartige Gegebenheiten liegen z. B. im Tagebau Hambach vor. In diesem Tagebau kann das Absinken des Braunkohle­ flözes von 100m unter NN auf 300m unter NN so zur Installation eines großen Pumpspeicherwerkes genutzt, daß auf der Seite der geringen Deckgebirgsmächtig­ keit ein Oberbecken mit z. B. 500 Millionen m³ in einer Höhe von 50-250m er­ richtet wird, während das etwa gleich große Unterbecken im Bereich des tief liegenden Flözes errichtet wird (z. B. in einer Höhe von 50m unter NN bis 250m unter NN).It is conducive to this system of large pumped tanks in exploited brown coal mines is the fact that the combustion of such large Coal masses (electricity generation) creates a residual hole anyway. These are remaining holes in some cases so large that they do not mix with rainwater and Fill ground water. For this reason, for example, in the Garzweiler opencast mine II planned to use water from the Rhine to fill the remaining hole. An essential aspect in the creation of the pool is the insulation against that Groundwater, e.g. B. in the form of a sealing screen. Here you can see the experience in dam construction or the recultivation of lignite deposits be resorted to. If possible, one is used to seal the pool down to take advantage of natural conditions, such. B. existing sound Leave layers or bring these into the basin. If possible, you will be in a given lignite mining area use particularly deep seams to build the sub-basin. This is particularly interesting when the lignite seams are in relation to the surface move at very different depths. This is e.g. B. the case of transfers or quite simply when the seam sinks deep. Generally is in the  In this case, the installation of the upper basin directly with the overburden d. H. the deck mountains of the lower seam, possible. Such conditions are such. B. in the Hambach opencast mine. In this opencast mine, the brown coal can sink seams from 100m below sea level to 300m below sea level so to install a large one Pumped storage plant used that powerful on the side of the low mountain range speed an upper basin with z. B. 500 million m³ at an altitude of 50-250m is aimed, while the roughly the same size basin in the area of the deep lying seams is built (e.g. at a height of 50m below sea level to 250m below sea level).
Aufgrund der Weiträumigkeit der Braunkohletagebaugebiete lassen sich dabei die Becken so anordnen, daß beispielsweise der Anstieg des Geländes zum Rand des Oberbeckens im Durchschnitt höchstens 20% beträgt. Auch das Gefälle des Ge­ ländes vom Oberbecken zum Unterbecken kann im allgemeinen so gestaltet wer­ den, daß es z. B. 30% oder weniger beträgt.Due to the spaciousness of the lignite open-cast mining areas, the Arrange the basin so that, for example, the slope of the terrain to the edge of the Oberbeckens on average is a maximum of 20%. The slope of the Ge Countryside from the upper basin to the lower basin can generally be designed in this way the fact that it is e.g. B. is 30% or less.
Aufgrund des hohen Füllstandsunterschieds im Unterbecken wird das Krafthaus im allgemeinen in einer Kaverne in etwa auf dem Niveau des unteren Füllstandes des Unterbeckens installiert. Die Verbindung vom Oberbecken zum Krafthaus kann ent­ weder direkt mit einem Druckstollen oder insbesondere bei großer Entfernung von Oberbecken und Krafthaus über einen Druckstollen mit Ausgleichsanlage (Wasser­ schloß) erfolgen.Due to the high level difference in the basin, the power house is located in the generally in a cavern at about the level of the lower level of the Basin installed. The connection from the upper pool to the power house can be established neither directly with a pressure tunnel or especially at a great distance from Upper pool and power house via a pressure gallery with compensation system (water closed).
Ein solcher Pumpspeicher mit beispielsweise 500 Millionen m³ Wasser und einer Fallhöhe von wenigen hundert Metern gestattet durchaus die Speicherung von Energie in Höhe von einigen Hundert Millionen kWh. Damit ist eine solche Anlage auch als Wochen-, Monats- oder Jahresspeicher von Interesse.Such a pump storage with, for example, 500 million m³ of water and one Fall height of a few hundred meters allows the storage of Energy in the amount of a few hundred million kWh. This is such a facility also of interest as weekly, monthly or yearly storage.
Die Leistung der großen, erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke hängt naturgemäß von der Verfügungszeit ab. Im allgemeinen haben die erfindungsgemäßen Pumpspei­ cher eine Leistung von < 200 MW (siehe Beispiele 1-4). Bevorzugt sind Pump­ speicherwerke mit einer Leistung von wenigstens 2500 MW. Pumpspeicherwerke, die nur eine Verfügungszeit von z. B. 50h aufweisen, haben bevorzugt eine Lei­ stung von < 4000 MW.The performance of the large pumped storage plants according to the invention naturally depends from the time of disposal. In general, the pump chips according to the invention a capacity of <200 MW (see examples 1-4). Pumps are preferred storage plants with a capacity of at least 2500 MW. Pumped storage plants, which only have a disposal time of e.g. B. 50h, preferably have a lei power of <4000 MW.
Neben der Anordnung von nur einem Oberbecken und einem Unterbecken, verbun­ den mit einem Krafthaus mit einer bestimmten Anzahl von Pumpen- und Turbi­ nensätzen oder mit der entsprechenden Anzahl an Pumpturbinen, ist es auch möglich, das Pumpspeicherwerk als mehrstufige Anlage zu gestalten. So kann man beispielsweise die Gesamtanlage so gestalten, daß ein Oberbecken, beispielsweise in einer Höhe von 250-100m über NN verbunden ist mit einem ersten Krafthaus an einem Zwischenbecken. Von diesem Zwischenbecken führt ein Druckstollen zum unteren Krafthaus am unteren Speicherbecken, z. B. in einer Höhe von 200m un­ ter NN. In diesem Fall muß nur das untere Krafthaus als Kavernenkrafthaus an­ gelegt werden.In addition to the arrangement of only one upper pool and one lower pool, verbun the one with a power house with a certain number of pumps and turbos sets or with the corresponding number of pump turbines, it is also possible to design the pumped storage plant as a multi-stage system. So you can For example, design the entire system so that an upper pool, for example at a height of 250-100m above sea level is connected to a first power house at an intermediate pool. A pressure gallery leads from this intermediate basin to lower power house at the lower reservoir, z. B. at a height of 200m ter NN. In this case, only the lower power house has to be used as a cavern power house be placed.
Ebenso läßt sich eine ganze Kette von Becken anlegen, jeweils verbunden über ein Kraftwerk, wie dies z. B. bei einer Flußkraftwerkskette realisiert wird. Bei ei­ ner solchen Kraftwerkskette mit Durchlaufspeicherung ist es durchaus erfin­ dungsgemäß, wenn das oberste oder das unterste Becken allein nicht die gesam­ te Wassermassen aufnehmen können (vergl. hierzu Enzyklopädie Naturwissen­ schaft und Technik, loc.cit. S 5006, Abb. 8).An entire chain of pools can also be created, each connected via a power plant like this B. is realized in a river power plant chain. With egg ner such power plant chain with continuous storage, it is quite invented In accordance with if the top or the bottom pool alone does not cover the whole te can absorb water masses (cf. encyclopedia natural knowledge shaft and technology, loc.cit. S 5006, Fig. 8).
Allgemein gilt für die Beckenanordnungen jedoch, daß die Auswahl der Turbinen, der Pumpen und der Beckenanordnungen vor allem unter dem Aspekt gesehen werden muß, eine möglichst große Energiemenge und das heißt für diese Pump­ speicherwerke in Braunkohleabbaugebieten in der Regel: eine möglichst große Wassermasse zu speichern. Demgegenüber stehen z. B. geringe Unterschiede im Wirkungsgrad verschiedener Turbinentypen hinten. Es sei in diesem Zusammen­ hang noch einmal die außerordentlich große Kapazität dieser Pumpspeicher herausgestellt.In general, however, it applies to the pool arrangements that the selection of the turbines, the pumps and the pool arrangements, especially seen from the aspect must be the largest possible amount of energy and that means for this pump Storage plants in lignite mining areas as a rule: the largest possible To store water mass. In contrast, z. B. slight differences in  Efficiency of various turbine types at the rear. It is in this together again the extraordinarily large capacity of this pumped storage exposed.
Neben der oben dargestellten Einrichtung sowohl des oberen als auch des unter­ en Speicherbeckens über einem ausgeräumten Braunkohlenflöz, z. B. innerhalb ei­ nes Braunkohletagebaues, ist es auch möglich, verschiedene, beispielsweise 5- 30km von einer entfernt liegende Braunkohletagebaugebiete miteinander zu verbin­ den. Dabei wird das obere Becken in dem einen (ehemaligen) Abbaugebiet ange­ ordnet, das untere Becken in einem anderen. In diesem Fall ist in der Regel ein Wasserschloß oder ein großes Ausgleichsbecken erforderlich. Auch ist darauf zu achten, daß das obere Speicherbecken keine Überflutungsgefahr für die Umge­ bung darstellt. Von Vorteil ist es in diesem Fall, wenn auch das obere Becken zu wenigstens 50% oder bevorzugt gänzlich unter Umgebungsniveau angelegt ist. Be­ sondere Vorteile ergeben sich durch diese Verknüpfung von 2 verschiedenen Ta­ gebaugebieten, wenn die Lage der Braunkohlenflöze in diesen Abbaugebieten sehr unterschiedlich ist, sich z. B. um 50m, besser 100m oder besonders bevorzugt um mehr als 200m unterscheidet. Mit 2 derart räumlich getrennt angeordneten Speicherbecken lassen sich besonders große Wassermassen handhaben, vor allem dann, wenn beide Becken unter Umgebungsniveau angelegt sind.In addition to the facility shown above, both the upper and lower storage tank over a cleared lignite seam, e.g. B. within egg open-cast lignite mine, it is also possible to 30km from a distant brown coal mining area the. The upper basin is located in one (former) mining area arranges the lower pelvis in another. In this case it is usually a Moated castle or a large surge tank required. It is also towards make sure that the upper storage basin does not pose a risk of flooding the surrounding area exercise. In this case it is an advantage if the upper pelvis is closed too at least 50% or preferably entirely below ambient level. Be Special advantages result from this combination of 2 different days building areas if the location of the lignite seams in these mining areas is very is different, z. B. by 50m, better 100m or particularly preferred differs by more than 200m. With 2 so spatially separated Storage pools can handle particularly large amounts of water, especially then when both pools are created below the ambient level.
Andererseits ist es auch von Interesse, beispielsweise die Braunkohle nur im Be­ reich des unteren Beckens abzubauen und das obere Becken auf gewachsenem Boden anzuordnen ohne die Braunkohle darunter abzubauen. Auch in diesem Fall kann es von Interesse sein, daß das obere und das untere Becken mehr als 3km, bevorzugt mehr als 5 km voneinander getrennt angelegt sind. Eine derarti­ ge Lösung bietet sich z. B. dann an, wenn für einen durchgängigen, unstrukturier­ ten Tagebau ganze Ortschaften umgesiedelt werden müßten.On the other hand, it is also of interest, for example lignite only in loading degrade the lower pelvis and the upper pelvis grown Arrange the floor without mining the brown coal underneath. In this case, too it may be of interest that the upper and lower pelvis more than 3km, preferably more than 5 km apart. Such a ge solution offers z. B. then when for a consistent, unstructured Whole towns would have to be relocated.
Eine andere Möglichkeit der Anordnung von Oberbecken und Unterbecken besteht in der Abtrennung von direkt nebeneinander liegenden Becken, z. B. in einem Ab­ stand von weniger als 500m durch einen Wall oder einen Staudamm. Dies ist in der Regel dann einfach realisierbar, wenn der Höhenunterschied zwischen den Becken nicht sehr groß ist. So ist es beispielsweise mit der herkömmlichen Stau­ dammtechnik möglich, ein Oberbecken beispielsweise durch einen z. B. 1 km langen Damm von dem daneben liegenden Unterbecken zu trennen. In diesem Fall können die Kraftanlagen wie bei herkömmlichen Staudämmen angelegt werden. Auf diese Weise läßt sich z. B. ein 2 km × 4 km großes, 50m tiefes Becken von einem 100m tieferen gleichgroßen Unterbecken trennen. Derartige Beckenanordnungen mit einem Höhenunterschied von 40-120m sind in den meisten Braunkohletagebauge­ bieten gut installierbar. Man muß sich dabei vergegenwärtigen, daß in einem ein­ zigen Pumpspeicherwerk mit 2 Becken der Größe 2000m × 4000m × 50m und einer mittleren Fallhöhe des Wassers von nur 70m immerhin 62 Millionen kWh elektrischer Energie gespeichert werden kann. Damit speichert dieser eine, in ei­ nem Braunkohletagebau angelegte Pumpspeicher mehr Energie als alle deutschen Pumpspeicher zusammengenommen.Another possibility of arranging the upper basin and lower basin is in the separation of directly adjacent pools, e.g. B. in a Ab stood less than 500m by a wall or a dam. This is in usually easy to implement if the height difference between the Pelvis is not very large. This is the case with conventional traffic jams, for example dam technology possible, an upper basin for example by a z. B. 1 km long Separate the dam from the basin next to it. In this case, you can the power plants are created like conventional dams. To this Way z. B. a 2 km × 4 km large, 50m deep pool of one Separate 100m lower basins of the same size. Such pool arrangements with There is a height difference of 40-120m in most brown coal mines offer easy installation. You have to keep in mind that in one pumping station with 2 pools measuring 2000m × 4000m × 50m and an average water drop of just 70m after all 62 million kWh electrical energy can be stored. So this stores one, in egg Pump storage in lignite opencast mining has more energy than all German ones Pump storage taken together.
Neben den oben beschriebenen Beckenanordnungen, bei denen das Oberbecken und das Unterbecken vergleichbare Abmessungen hinsichtlich Länge, Breite und Tiefe aufweisen, sind auch solche Beckenanordnungen anwendbar, bei denen ein hoch gelegenes, tiefes Becken mit einem ausgedehnten, relativ flachen Unterbecken kom­ biniert wird. Ein solcher Pumpspeicher besteht beispielsweise aus einem 100m-200m hoch gelegenen, 1000m breiten, 1000m langen und 100m tie­ fen Oberbecken mit einem Fassungsvolumen von 100 Millionen m³ und einem fla­ chen, beispielsweise nur 10m tiefen Unterbecken mit einer Ausdehnung von bei­ spielsweise 5km × 5km. Bei diesem Pumpspeicherwerk, bei dem das untere, fla­ che Becken z. B. in einer Höhe von 0m über NN gänzlich in einem Braunkohleta­ gebaugebiet liegt, ist das obere Becken neben dem unteren Becken innerhalb oder außerhalb des Braunkohletagebaus angeordnet.In addition to the pool arrangements described above, in which the upper pool and the lower basin has comparable dimensions in terms of length, width and depth have, such pool arrangements are applicable in which a high located deep pool with an extensive, relatively flat lower pool is binated. Such a pump storage consists of, for example a 100m-200m high, 1000m wide, 1000m long and 100m deep fen upper pool with a capacity of 100 million m³ and a fla chen, for example only 10m deep basin with an extension of  for example 5km × 5km. In this pumped storage plant, in which the lower, fla che pools z. B. at a height of 0m above sea level entirely in a lignite construction area, the upper basin next to the lower basin is inside or arranged outside the open-cast lignite mine.
Wie man einfach nachvollziehen kann, schwankt bei dieser Beckenanordnung der Wasserspiegel im unteren Becken je nach Füllgrad des Oberbeckens lediglich um 4m (5000m × 5000m × 4m = 100 Millionen m³). Bei einer derart geringen Schwankung des Wasserniveaus im Unterbecken ist man relativ frei in der Wahl der Turbinen. So können bei dieser Beckenanordnung sogar teilbeaufschlagte Tur­ binen zum Einsatz kommen. Darüber hinaus gestattet diese Beckenanordnung eine über die reine Pumpspeicherung hinausgehende Nutzung des Unterbeckens, z. B. als Freizeitanlage.As you can easily understand, this pool arrangement varies Water level in the lower basin is only around depending on the degree of filling of the upper basin 4m (5000m × 5000m × 4m = 100 million m³). With such a small one Fluctuation in the water level in the lower basin is relatively free to choose of the turbines. So with this pool arrangement even partially loaded door bine are used. In addition, this pool arrangement allows one beyond the pure pump storage use of the sub-basin, e.g. B. as a leisure facility.
Zwar gestattet auch dieser eine Pumpspeicher die Speicherung von etwa 30 Mil­ lionen kWh, d. h. bei einer Ausstattung mit 10 Turbinen je 100 MW = 1000 MW Leistung liefert dieser Speicher immerhin 30h lang Strom. Die in diesem Fall ge­ wählte besonders flache Anordnung des Unterbeckens bedingt jedoch einen erheb­ lichen Flächenbedarf.This pump storage also allows the storage of about 30 mil lions kWh, d. H. with 10 turbines each 100 MW = 1000 MW This memory delivers power for at least 30 hours. The ge in this case chose particularly flat arrangement of the lower basin, however, requires a significant increase space requirements.
Besonders große Speicherkapazitäten ergeben sich jedoch, wie ausgeführt, wenn auch das Unterbecken je nach Füllstand um wenigstens 15m, bevorzugt wenig­ stens 40m, besonders bevorzugt um wenigstens 90m oder ganz besonders be­ vorzugt um wenigstens 130m schwankt. Wie bereits ausgeführt, setzen derartig große Schwankungen des Wasserstandes im Unterbecken im allgemeinen voll be­ aufschlagte Turbinen voraus, die gleichermaßen bei einem Druck auf der Unter­ seite von wenig über 1 bar bis hin zu Drücken von 1,5, 4, 9 oder < 13 bar sicher arbeiten, bei Drücken auf der Oberseite von bis zu 60 bar.However, particularly large storage capacities result, as stated, when also the lower basin, depending on the level, by at least 15m, preferably little at least 40m, particularly preferably by at least 90m or very particularly preferably fluctuates by at least 130m. As already stated, set such large fluctuations in the water level in the basin are generally fully open turbines ahead, which are equally at a pressure on the lower side from a little over 1 bar to pressures of 1.5, 4, 9 or <13 bar work safely at pressures up to 60 bar.
In manchen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, das Oberbecken und das Unter­ becken durch eine Reihe von Druckstollen mit einer Reihe von Turbinen zu ver­ binden, die in unterschiedlicher Höhe des Unterbeckens angeordnet sind. In die­ sem Fall wird man je nach Füllstand die verschiedenen Turbinen abschalten oder zuschalten.In some cases it can also be advantageous to use the upper pool and the lower pool basin through a series of pressure tunnels with a series of turbines tie, which are arranged at different heights of the pelvis. In the In this case, depending on the level, the various turbines will be switched off or switch on.
Wie bereits ausgeführt werden die erfindungsgemäßen Pumpspeicher in der Regel mit einer Reihe von Pumpen und Turbinen ausgestattet, wobei die dem Fachmann geläufigen Regeln des Wasserkraftwerkbaus genutzt werden. Im allgemeinen ver­ langt eine gegebene Fallhöhe/Wasserstrom- Kombination einen ganz bestimmten Turbinentyp (siehe hierzu H. Happoldt, Elektrische Kraftwerke und Netze, loc.cit., S. 59). In allgemeinen werden, wie bereits ausgeführt, bei den erfindungsgemäßen Pumpspeichern voll beaufschlagte Turbinen, wie beispielsweise Francis- oder Kaplanturbinen oder Pumpturbinen zum Einsatz kommen.As already stated, the pumped storage devices according to the invention are generally used equipped with a range of pumps and turbines, the specialist current rules of hydropower plant construction can be used. In general ver a given drop / water flow combination reaches a very specific one Turbine type (see H. Happoldt, Electrical Power Plants and Networks, loc.cit., P. 59). In general, as already stated, in the inventive Pumped storage turbines fully loaded, such as Francis or Kaplan turbines or pump turbines are used.
Üblicherweise ist bei herkömmlichen Pumpspeichern das Unterbecken ein (auf ge­ stauter) Flußlauf, z. B. in Vianden (Luxemburg) die Our oder am Edersee die Edertalsperre oder bei dem kleinen Pumpspeicherkraftwerk Geesthacht die Elbe. In diesen Fällen resultiert im Unterbecken in der Regel nur eine geringer Niveau­ unterschied mit der entsprechenden freien Wahl der Turbinen. Demgegenüber un­ terliegt bei den erfindungsgemäßen großen Pumpspeichern das Unterbecken erheb­ lichen Schwankungen des Wasserpegels als Funktion des Füllgrades des Oberbec­ kens mit den entsprechenden technischen Anforderungen (siehe oben).In conventional pumped storage systems, the lower basin is usually a (on ge edged) river course, e.g. B. in Vianden (Luxembourg) the Our or at Edersee the Edertalsperre or at the small pumped storage power station Geesthacht the Elbe. In these cases, there is usually only a low level in the lower basin differed with the corresponding free choice of turbines. In contrast, un is the lower basin in the large pumped storage tanks according to the invention fluctuations in the water level as a function of the degree of filling of the Oberbec kens with the corresponding technical requirements (see above).
In einer speziellen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Pumpspeicherwerk nun so aufgebaut, daß ein relativ großes, beispielsweise 2000m × 2000m großes und 200m tiefes, in einem Braunkohletagebau angelegtes Unterbecken mit einem relativ kleinen Oberbecken kombiniert wird, wobei das Oberbecken von ei­ nem Fluß durchströmt wird oder ein Seitenarm eines Flusses darstellt. Gegebenen­ falls ist das kleine Oberbecken auch durch einen einige km langen Kanal mit ei­ nem Fluß verbunden. Im Unterschied zu den Pumpspeichern mit 2 gleich großen Becken, die je nach Turbinenbestückung als sehr leistungsstarker Kurzzeitspei­ cher oder als etwas weniger leistungsfähiger Langzeitspeicher ausgelegt werden können, wird man diese Pumpspeicherkombination aus oben fließenden Fluß und damit verbundenen, tiefen Becken unterhalb Umgebungsniveau im allgemeinen als ausgeprägten Langzeitspeicher auslegen, da nur diese Nutzung ohne großen Ein­ griff in den Wasserhaushalt des Flusses möglich ist. Andererseits ergibt sich bei dieser Form des Pumpspeichers ein gewisser Zusatznutzen des Pumpspeichers als Hochwasserschutz.In a special embodiment, the pumped storage plant according to the invention now constructed so that a relatively large one, for example 2000m × 2000m large and 200m deep lower basin in a lignite mine a relatively small upper pool is combined, the upper pool by ei  flowed through a river or represents a side arm of a river. Given if the small upper pool is also through a few km long canal with egg connected to a river. In contrast to the pump storage with 2 of the same size Basins, depending on the turbine configuration, as a very powerful short-term game or be designed as somewhat less powerful long-term storage can, you will this pump storage combination of flowing river and associated deep pools below ambient level generally as lay out pronounced long-term storage, since only this use without a large input intervened in the water balance of the river is possible. On the other hand, it results in this form of the pump storage a certain additional benefit of the pump storage as flood protection.
Diese spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerkes mit einem unteren Speicherbecken in einem Braunkohletagebau macht sehr gut deut­ lich, daß dieses neuartige Pumpspeicherwerk in gewisser Weise eine Inversion ei­ nes herkömmlichen Pumpspeicherwerkes ist.This special embodiment of the pumped storage plant according to the invention a lower storage basin in an open-cast lignite mine makes very clear Lich that this new type of pumped storage plant is to some extent an inversion nes conventional pumped storage plant.
So hat bei vielen herkömmlichen Pumpspeicherwerken das obere Speicherbecken keinen natürlichen Zulauf, das untere Becken besitzt einen Ablauf, wenn es nicht - wie dargestellt - direkt mit einem Fluß verbunden ist. Demgegenüber hat bei diesem erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerk das obere Speicherbecken einen Zu­ lauf und einen Ablauf (den Fluß, der einen Teil des oberen Speicherbeckens dar­ stellt), das untere Becken hat dagegen keinen Ablauf. Wie dargestellt, ist dies un­ ter Sicherheitsaspekten von besonderer Bedeutung.In many conventional pumped storage plants, for example, the upper storage basin has no natural inlet, the lower basin has a drain if it is not - as shown - is directly connected to a river. In contrast, the upper storage basin of this pumped storage plant according to the invention run and a drain (the river that forms part of the upper reservoir the lower basin, on the other hand, has no drain. As shown, this is un security aspects of particular importance.
Die bevorzugte Form des Pumpspeicherwerkes ist jedoch die Anlage von Ober- und Unterbecken innerhalb eines (genutzten) Braunkohletagebaus.However, the preferred form of the pumped storage plant is the installation of upper and sub-basin within a (used) lignite mine.
Besondere technische Vorteile existieren, wenn die Anlage der Becken insbeson­ dere des Oberbeckens direkt mit dem Abtragen des Abraums (Deckgebirge) er­ folgt. Dabei wird man sich mit Vorteil der zum Abräumen des Deckgebirges ein­ gesetzten Bagger, Förderbänder und der Absetzer bedienen.Special technical advantages exist when the basin installation in particular the upper basin directly with the removal of the overburden (overburden) follows. It will be advantageous to clear the overburden operate the excavator, conveyor belts and the stacker.
Besonders einfach gelingt dies, wenn es darum geht, ein Pumpspeicherwerk in ei­ nem noch bestehenden oder in direkter Nachbarschaft zu einem noch arbeitenden Braunkohletagebau zu installieren, um so beispielsweise durch eine Pumpspeicher/ Braunkohlekraftwerk- Kombination ein Braunkohlekraftwerk in ein Spitzenkraft­ werk umzuwandeln.This is particularly easy when it comes to a pumped storage plant in an egg existing or in the immediate vicinity of someone still working To install lignite open-cast mining, for example by a pump storage / Lignite power plant combination a lignite power plant into a peak power convert plant.
Daneben können die üblicherweise im Staudammbau eingesetzten Techniken zum Einsatz kommen. Siehe hierzu beispielsweise die Angaben zur Errichtung des Ata­ türkstaudammes (Vergl. 7. Internationales Seminar Wasserkraftanlagen, loc.cit., S. 17).In addition, the techniques commonly used in dam construction can Come into play. See, for example, the information on establishing the Ata türkstaudammes (cf. 7th international seminar on hydropower plants, loc.cit., P. 17).
Besondere Vorteile der erfindungsgemäßen PumpspeicherParticular advantages of the pump storage according to the invention
Braunkohletagebaugebiete finden sich weltweit häufig in der Nähe von Ballungs­ zentren, so z. B. das Braunkohlengebiet im Süden und Westen von Moskau. Gro­ ße Braunkohlenreviere gibt es auch in den USA und Kanada. In Deutschland wird die Nähe der Braunkohletagebaugebiete zu den Verbraucherzentren besonders gut sichtbar. So befindet sich beispielweise Leipzig mitten im mitteldeutschen Braunkohlerevier.Lignite opencast mining areas are often found near metropolitan areas worldwide centers, so z. B. the brown coal area in the south and west of Moscow. Large There are also brown coalfields in the United States and Canada. In Germany the proximity of the lignite mining areas to the consumer centers in particular clearly visible. For example, Leipzig is in the middle of central Germany Lignite mining area.
Das große Lausitzer Revier liegt günstig zwischen den Ballungsräumen Dresden und Berlin. Zu nennen sind hier auch das Hessische Revier bei Kassel und das Helmstedter Revier im Bereich Braunschweig, Magdeburg.The large Lausitz district is conveniently located between the Dresden metropolitan areas and Berlin. The Hessian district near Kassel and that are also worth mentioning Helmstedter Revier in the Braunschweig area, Magdeburg.
Von besonderem Interesse ist das rheinische Revier. Dieses Braunkohlerevier ist in zweifacher Hinsicht besonders interessant. Zum einen befindet sich diese Re­ vier in direkter Nachbarschaft zum bevölkerungsreichen Ruhrgebiet und nicht weit entfernt vom Industriestandort Rhein/Main und den belgischen und niederländi­ schen Verbraucherzentren. Besonderes Interesse findet das rheinische Braunkoh­ lerevier für die Errichtung von großen Pumpspeichern aber vor allem deshalb, weil hier die Kohle inzwischen aus großer Tiefe, z. T. 400m unter Umgebungsniveau gefördert wird. Die sich daraus ergebenden sehr großen Höhenunterschiede sind naturgemäß für die Errichtung von leistungsfähigen, großen Pumpspeichern beson­ ders interessant. Die erfindungsgemäßen Pumpspeicher in Braunkohletagebaugebie­ ten gestatten also eine Energiespeicherung in allernächster Nähe zu den Verbrau­ cherzentren. Der z.Z. noch praktizierte, unwirtschaftliche, tägliche Stromtransport in die Gebirgsregionen der Alpen und wieder zurück kann damit entfallen. Die erfindungsgemäße Anordnung wenigstens des unteren Speicherbeckens unter­ halb des umgebenden Niveaus, bevorzugt sogar unter NN, gestattet erstmals die gefahrlose Errichtung von großen Pumpspeicherwerken in direkter Nachbarschaft zu den großen Verbraucherzentren. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Errichtung von Hochspeichern, wie sie dem derzeitigen Stand der Technik ent­ sprechen niemals realisiert werden könnten aufgrund des von diesen Hochspei­ chern ausgehenden Gefahrenpotentials.The Rhenish area is of particular interest. This lignite mining area is particularly interesting in two respects. On the one hand there is this Re four in the immediate vicinity of the populous Ruhr area and not far  away from the industrial location Rhein / Main and the Belgian and Dutch consumer centers. The Rhenish brown coal is of particular interest lerevier for the construction of large pumped storage tanks, but mainly because here the coal in the meantime from great depth, e.g. T. 400m below ambient level is promoted. The resulting large differences in height are naturally for the construction of high-performance, large pumped storage systems interesting. The pumped storage according to the invention in lignite opencast mining This means that energy can be stored in close proximity to the consumers center. The currently still practiced, uneconomical, daily electricity transportation to the mountain regions of the Alps and back again. The arrangement according to the invention at least below the lower storage tank half of the surrounding level, preferably even below sea level, allows for the first time Safe construction of large pumped storage plants in the immediate vicinity to the major consumer centers. It should be pointed out again that the construction of high-energy storage facilities, as they ent the current state of the art speaking could never be realized due to the high level of this outgoing danger potential.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpspeicher in Braunkohlelager­ stätten ist auch, daß diese Speicher nicht nur in der Nähe der Verbraucherzen­ tren liegen, im allgemeinen befinden sich auch Großkraftwerke, wie z. B. Braun­ kohlekraftwerke oder Kernkraftwerke in einem für den Stromtransport geringen Abstand.A particular advantage of the pumped storage according to the invention in brown coal storage is also that these stores are not just near the consumer ores tren lie, in general there are also large power plants, such. B. Braun coal-fired power plants or nuclear power plants in a small one for electricity transport Distance.
Besondere Vorteile bei der Errichtung der Pumpspeicher in Braunkohletagebau­ strecken ergeben sich daraus, daß in den Braunkohletagebaurevieren alle tech­ nische Einrichtungen zum Bewegen großer Erdmassen vorhanden sind. Dabei wird je nach den jeweiligen Erfordernissen der Abraum durchaus kilometerweit von ei­ nem Tagebau in den anderen transportiert. Dabei haben die Techniken der Erdbe­ wegung in diesen Tagebaustrecken einen sehr hohen Stand erreicht. Konnte man Mitte des 19. Jahrhunderts die Braunkohle nur bis zu einer Tiefe von 20m her­ vorbringen, das Verhältnis von Abraum zu Kohle betrug damals 0,3 : 1 (m³:t), so wurden im Laufe der Entwicklung immer tiefer liegende Vorkommen erschlossen. Mittlerweile beträgt die Abraumdecke über der Braunkohle bis zu 300m. Das Ver­ hältnis von Abraum zu Braunkohle ist auf den Wert 3m³ Abraum/1 t Kohle an­ gestiegen. Inzwischen wurden sogar noch tiefere Flözpartien erschlossen. So wird der Tagebau künftig in Tiefen bis hin zu 500m unter Umgebungsniveau, d. h. bis in Tiefen von 400m unter NN vorangetrieben. Das Abraum /Kohle- Verhältnis be­ trägt dann 6 : 1. Damit werden z.Z. allein im rheinischen Revier bei einer Förde­ rung von 110-120 Millionen t Braunkohle auch fast eine halbe Milliarde m³ Abraum bewegt.Special advantages when installing the pump storage in open-cast lignite mining stretches result from the fact that in the brown coal mining areas all tech African facilities for moving large masses of earth are available. Doing so Depending on the respective requirements, the overburden is quite kilometers from egg one mine is transported to the other. Thereby have the techniques of the Erdbe movement in these open-cast mine routes reached a very high level. Could In the mid-19th century, lignite was only down to a depth of 20m claim that the ratio of overburden to coal was 0.3: 1 (m³: t) at the time, see above ever deeper deposits were developed in the course of development. In the meantime, the overburden cover above the brown coal is up to 300m. The Ver The ratio of overburden to lignite is 3m³ overburden / 1 t coal gone up. In the meantime, even deeper seam areas have been developed. So will the opencast mine will in future go down to 500m below the ambient level, d. H. to advanced to depths of 400m below sea level. The overburden / coal ratio be then bears 6: 1. alone in the Rhenish area at a fjord 110-120 million t of lignite, almost half a billion m³ Overburden moves.
Von besonderem Vorteil ist es demzufolge, wenn direkt mit der Bewegung des Abraums zur Förderung der Braunkohle wenigstens eines der beiden Speicherbec­ ken gleich mit angelegt wird. Mit dieser Anlage der Pumpspeicherbecken wird da­ bei auch gleichzeitig das Problem der Rekultivierung gelöst. Teil der Erfindung ist damit auch ein Verfahren zur Errichtung eines Pumpspeichers, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bereits beim Wegräumen des Abraums wenigstens 1 Oberbecken und/oder wenigstens 1 Unterbecken zum Betrieb eines Pumpspeicherwerkes er­ richtet wird.It is therefore of particular advantage if the movement of the Overburden to extract lignite from at least one of the two reservoirs ken is created at the same time. With this system the pump storage basin is there while also solving the problem of recultivation. Is part of the invention thus also a method for the construction of a pumped storage, characterized thereby records that already when clearing the overburden at least 1 upper basin and / or at least 1 sub-basin for operating a pumped storage plant is judged.
Ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen großen Pumpspeicher ergibt sich aus dem Umstand, daß in diesen Braunkohletagebaugebieten nicht nur die Fachleute da sind, die derartige landschaftsgestalterische Maßnahmen durchführen können, sondern auch dadurch, daß bei der vom Braunkohletagebau betroffenen Bevölkerung auch die Vorstellungskraft für Veränderungen dieses Ausmaßes vorhanden ist. Im Unterschied zur bisherigen Einmalnutzung der Braunkohlen­ reviere ergeben sich durch die Errichtung der großen Pumpspeicherwerke Dau­ erarbeitsplätze und Dauereinnahmequellen für die betroffenen Gemeinden.A very special advantage of the large pumped storage device according to the invention results from the fact that in these brown coal open-cast mining areas not only the There are specialists who carry out such landscaping measures  can, but also in that in the case of the lignite mine Population also imagined changes of this magnitude is available. In contrast to the previous one-time use of lignite Reviers result from the construction of the large Dau pumped storage plants jobs and permanent sources of income for the affected communities.
Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, daß die Errichtung der Pumpspeicher in den Braunkohletagebaustrecken auch dadurch erleichtert wird, daß diese Ge­ biete direkt von großen Stromkonzernen genutzt werden können, sei es daß sie direkt Besitzer oder Eigentümer dieser Flächen sind oder sei es, daß sie die Nutzungsrechte dieser Flächen haben. Gerade unter dem Aspekt, wie schnell der­ artige Speicher realisiert werden können, ist dies von Bedeutung.Of particular note is the fact that the construction of the pumped storage in the lignite open-cast mine routes is also facilitated by the fact that this Ge offer can be used directly by large power companies, be it that they directly own or own these areas or be it that they are the Have rights to use these areas. Especially in terms of how quickly the like memory can be realized, this is important.
Ein besonderer Vorteil der Errichtung der erfindungsgemäßen Pumpspeicher in Braunkohletagebaustrecken ergibt sich auch dadurch, daß durch die vorangegan­ gene oder noch durchgeführte Nutzung der Braunkohle zur Elektrizitätserzeugung ein Großteil der erforderlichen elektrischen Anlagen zur Installation des Pumpspei­ cherwerkes bereits vorhanden ist. So sind zumindest die erforderlichen Freilei­ tungen von den Braunkohlelagerstätten zu den Verbraucherzentren vorhanden. Auch die Verbindung mit vielen Kraftwerksblöcken ist in aller Regel gegeben. Wenn auch die Freileitungen den gestiegenen Anforderungen der Einbindung eines Großspeichers nicht genügen sollten, so sind doch zumindest die Stromtrassen zur Verlegung stärkerer Leitungen vorhanden.A particular advantage of installing the pumped storage device according to the invention in Lignite open-cast routes also result from the fact that the previous Genetic or still used lignite for electricity generation a large part of the electrical systems required to install the pump cherwerkes already exists. At least that is the necessary free-will from the lignite deposits to the consumer centers. The connection with many power plant units is generally given. Even if the overhead lines meet the increased requirements of integrating a Large storage should not suffice, at least the power lines are Laying of stronger lines available.
Hervorzuheben sind auch die geringen Erstellungskosten dieser Pumpspeicherwer­ ke sowie die langen Abschreibungszeiträume. Auch wenn mit den erfindungsgemä­ ßen großen Pumpspeichern naturgemäß kein Strom erzeugt wird,kann der Bau die­ ser Speicher den Neubau von Kraftwerken ersetzen, da mit diesen Großspeichern eine Vergleichmäßigung der Stromerzeugung in den bestehenden Kraftwerken möglich ist. So können diese Pumpspeicher je nach Größe und Bedarf als Tages-, Wochen-, Monats- oder Jahresspeicher ausgelegt werden. In Kombination mit den bereits vorhandenen, kleinen Pumpspeichern, die der Feinregulierung dienen, ist damit eine sehr effektive, gleichmäßige Stromproduktion möglich. Die erfindungsge­ mäßen großen Pumpspeicher in Braunkohlelagerstätten tragen auch dazu bei, den z.Z. erforderlichen Verkauf von Strom für Nachtspeicherheizungen oder für eine stromintensive industrielle Nutzung teilweise unter Gestehungskosten zu reduzieren. Damit tragen diese Pumpspeicher in hohem Maße zur Einsparung von Strom bei und damit zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes.The low construction costs of these pumped storage units should also be emphasized ke as well as the long depreciation periods. Even if with the invention large pumps, naturally no electricity is generated, the construction can This storage will replace the new construction of power plants, because with these large storage an equalization of electricity generation in existing power plants is possible. Depending on the size and requirements, these pumped storage units can be used as daily, Weekly, monthly or yearly storage can be designed. In combination with the existing, small pumped storage tanks that are used for fine adjustment thus a very effective, even electricity production is possible. The fiction Large pumped storage facilities in lignite deposits also contribute to the currently required sale of electricity for night storage heaters or for a to reduce electricity-intensive industrial use partially below production costs. This means that these pumped storage units make a major contribution to saving electricity and thus to reduce CO₂ emissions.
Daneben gestatten die erfindungsgemäßen Pumpspeicher den Einsatz von erneuer­ baren Energien wie Strom aus Windkraftanlagen, Solaranlagen und anderen stark schwankenden Energiequellen, da mit der Möglichkeit der Speicherung im großen Stil der Nachteil dieser Art der Energieerzeugung entfällt. Besonders sei darauf hingewiesen, daß auch die Nutzung von Blockheizkraftwerken durch die erfin­ dungsgemäßen Speicher günstiger wird, da wegen der guten Speichermöglichkeit den Anbietern ein akzeptabler Preis gezahlt werden kann. Damit wird ein beson­ ders hoher Beitrag zur Reduktion der CO₂-Emission geleistet. Hervorzuheben ist aber ein anderer, gesamtwirtschaftlicher Aspekt dieser erfin­ dungsgemäßen Pumpspeicherwerke. Bedingt durch die große Kapazität dieser Pumpspeicherwerke muß nicht mehr nach Anreizen gesucht werden, die Industrie zu locken, z. B. nachts viel Strom zu verbrauchen, der dann entsprechend billig abgegeben wird. Es kann vielmehr industriellen Stromerzeugern, z. B. großen Dampfproduzenten, ein Anreiz geboten werden, Strom als Abfallprodukt zu erzeu­ gen und diesen an die Stromanbieter zu verkaufen. Die Möglichkeit für die Indus­ trie, das Abfallprodukt Strom jederzeit zu verkaufen, macht die industrielle Pro­ duktion in der Nähe der erfindungsgemäßen Großspeicher günstiger und bietet Standortvorteile. Der von der Industrie oder aus erneuerbaren Energiequellen be­ reit gestellte Strom kann schließlich als Spitzenstrom teuer weiter verkauft wer­ den.In addition, the pumped storage devices according to the invention permit the use of renewed ones energies such as electricity from wind turbines, solar systems and others fluctuating energy sources as with the possibility of storing in large Style the disadvantage of this type of power generation is eliminated. Be special on that noted that the use of combined heat and power plants by the inventions inventive memory is cheaper because of the good storage an acceptable price can be paid to providers. This is a special made a major contribution to reducing CO₂ emissions. Another, macroeconomic aspect of this inventions should be emphasized Pump storage plants according to the invention. Due to the large capacity of this Pump storage plants no longer have to be searched for incentives, the industry to lure z. B. consume a lot of electricity at night, which is then cheap is delivered. Rather, it can be industrial power generators, e.g. B. large Steam producers are offered an incentive to generate electricity as a waste product  and sell it to electricity providers. The possibility for the Indus The industrial pro makes selling the waste product electricity at any time production near the large storage according to the invention cheaper and offers Location advantages. The be from industry or from renewable energy sources Finally, electricity provided can be sold on as a high-cost electricity the.
Letztendlich führt dies zu einer Inversion der bestehenden Stromversorgungs­ struktur. Hat man heute eine Reihe von Großkraftwerken zur Stromerzeugung und damit verbunden kleine Pumpspeicher, so hat man mit Installation der großen Pumpspeicher in Braunkohletagebaustrecken die Möglichkeit einer völlig anderen Versorgungsstruktur. So ermöglichen die erfindungsgemäßen Pumpspeicher ein System aus vielen kleinen, dezentralen Stromerzeugern und damit verbunden große Pumpspeicherwerke. Durch diese Vielzahl von Erzeugern wird die Versor­ gung sicherer. Die großen Stromkonzerne stellen mit diesen Pumpspeicherwerken und ihrem umfangreichen Verteilungsnetz letzlich die nachfragegerechte Verteilung sicher.Ultimately, this leads to an inversion of the existing power supply structure. Today you have a number of large power plants for power generation and associated small pumped storage, so you have to install large ones Pump storage in lignite open-cast mine routes the possibility of a completely different one Supply structure. The pumped storage device according to the invention thus enables System made up of many small, decentralized power generators and connected to it large pumped storage plants. Because of this large number of producers, the Versor safe. The large power companies use these pumped storage plants and its extensive distribution network ultimately ensures demand-driven distribution for sure.
Langfristig ermöglicht dies die Entwicklung hin zu einer Verwaltung von elektri­ scher Energie. Für ein hoch industriealisiertes Land ist diese Bereitstellung von Strom just in time ein deutlicher Schritt nach vorn und eine drastische Reduktion von Umweltverschmutzung und CO₂-Emission. In the long term, this enables the development towards the management of elektri energy. For a highly industrialized country, this provision of Electricity just in time is a clear step forward and a drastic reduction of pollution and CO₂ emissions.  
BeispieleExamples
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, stellen jedoch keine Einschränkung dar.The following examples are intended to illustrate the invention, but do not constitute any Limitation.
Die Abschätzung der Leistung der Pumpspeicherwerke erfolgte gemäß H. Happoldt, D.Oeding, Elektrische Kraftwerke und Netze, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 5. Auflage, 1978, S. 67.The performance of the pumped storage plants was estimated according to H. Happoldt, D.Oeding, electrical power plants and networks, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 5th edition, 1978, p. 67.
Danach beträgt die Effektivleistung eines WasserkraftwerkesAfter that, the effective output of a hydropower plant is
Peff WKW ≈ 8 * Q * H.P eff WKW ≈ 8 * Q * H.
Dabei wird die Effektivleistung, Peff WKW, in kW, der Volumenstrom des Was­ sers, Q, in m³/s und die Fallhöhe, H, in m angegeben.The effective power, P eff WKW, in kW, the volume flow of the water, Q, in m³ / s and the head, H, in m are given.
In dieser Abschätzung ist für die Rohrleitungen ein Wirkungsgrad von 0,93-0,99, für die Turbinen ein Wirkungsgrad von 0,85- 0,94 und für die Generatoren ein Wirkungsgrad von 0,95-0,99 enthalten.In this estimate, the efficiency of the pipelines is 0.93-0.99, for the turbines an efficiency of 0.85-0.94 and for the generators Efficiency from 0.95-0.99 included.
Zu Angaben bezüglich Wasserkraftgeneratoren, Wasserturbinen siehe Kapitel 4, "Wasserkraftwerke", in H. Happoldt, D.Oeding, Elektrische Kraftwerke und Netze, loc.cit., S. 58ff.For information regarding hydropower generators, water turbines, see Chapter 4, "Hydroelectric power plants", in H. Happoldt, D.Oeding, electrical power plants and networks, loc.cit., p. 58ff.
Wie bereits dargestellt, sind die bevorzugten Turbinen für die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke voll beaufschlagte Turbinen, z. B. Francis- oder Kaplanturbi­ nen.As already shown, the preferred turbines for the invention Pumped storage plants fully loaded turbines, e.g. B. Francis or Kaplan turbo nen.
Für die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke - besonders bei geringen Fallhöhen - besonders geeignet sind z. B. Kaplanturbinen. Diese können sich wechselnden Be­ triebsbedingungen gut anpassen.For the pumped storage plants according to the invention - especially with low head heights - z. B. Kaplan turbines. These can be changing be adapt driving conditions well.
Die technischen Kenntnisse zur Realisierung der erfindungsgemäßen Pumpspeicher­ werke können bei den damit befaßten Fachleuten vorausgesetzt werden.The technical knowledge for implementing the pumped storage according to the invention works can be assumed from the experts involved.
So erfolgt der Anschluß der Pumpspeicherwerke an das Netz üblicherweise über Hochspannung von z. B. 380kV oder 220kV. Im übrigen sei auf die Handbuch­ reihe Energie, herausgegeben von Prof. Thomas Bohn, Band 1-Band 15, TÜV Rheinland GmbH, Köln, 1987, verwiesen.For example, the pumped storage plants are usually connected to the network via High voltage of e.g. B. 380kV or 220kV. For the rest, be on the manual Energy series, edited by Prof. Thomas Bohn, Volume 1-Volume 15, TÜV Rheinland GmbH, Cologne, 1987.
Die Angaben zur jährlichen Stromerzeugung wurden den entsprechenden Jahrbü­ chern entnommen, so z. B. Der Fischer Weltalmanach 1993, Fischer Taschenbuch Verlag GmbH, Frankfurt am Main, 1992, Spalten 942-946.The information on the annual electricity generation was the corresponding year chern removed, so z. B. The Fischer Weltalmanach 1993, Fischer paperback Verlag GmbH, Frankfurt am Main, 1992, columns 942-946.
Die Angaben zu Braunkohlelagerstätten und zur Braunkohleförderung entstammen u. a. dem Harenberg Lexikon der Gegenwart 1994, Harenberg Lexikon- Verlag, Dortmund 1993, S. 122-123.The information on lignite deposits and lignite extraction comes from u. a. the Harenberg Lexicon of the Present 1994, Harenberg Lexikon-Verlag, Dortmund 1993, pp. 122-123.
Weitere Angaben zum Braunkohletagebau sind den Prospekten "Das rheinische Revier" und "Tagebau Garzweiler II", Herausgeber Rheinbraun Aktiengesellschaft, Köln, sowie der Broschüre "RWE Energie, Kraftwerk Neurath", Herausgeber RWE Energie, Kraftwerk Neurath, Köln, sowie Arno Kleinebeckel, Unternehmen Braun­ kohle, Geschichte eines Rohstoffes, einer Industrie im Rheinland, Greven Verlag Köln GmbH, Herausgeber Rheinische Braunkohlewerke AG, Köln, 1986, entnommen. Further information on opencast lignite mining can be found in the brochures "Das rheinische Revier "and" Garzweiler II opencast mine ", published by Rheinbraun Aktiengesellschaft, Cologne, as well as the brochure "RWE Energie, Kraftwerk Neurath", publisher RWE Energy, Neurath power plant, Cologne, and Arno Kleinebeckel, Braun company coal, history of a raw material, an industry in the Rhineland, Greven Verlag Köln GmbH, published by Rheinische Braunkohlewerke AG, Cologne, 1986.  
Beispiel 1example 1
Pumpspeicherwerk, bei dem das untere und das obere Speicherbecken unter Um­ gebungsniveau angelegt sind.Pumped storage plant, in which the lower and the upper storage basin under Um level.
In einem ebenen Gelände (durchschnittliche Höhe: 100m über NN, ausgedehntes Braunkohlenflöz in einer Tiefe von 80m unter Umgebungsniveau, entsprechend 20m über NN) wird das Deckgebirge abgetragen und die Braunkohle abgebaut. Der Abraum wird zunächst außerhalb des Abbaugebietes gelagert, danach wird dieser Abraum über einem ausgeräumten Braunkohlenflöz wieder so aufgeschüttet, daß in einem Abstand von 2000m nebeneinander entstehen: 1.) ein rechteckiges 2km * 4km großes oberes Speicherbecken mit einem Beckenboden in einer Höhe von 50m über NN und einem Beckenrand in einer Höhe von 100m über NN und 2.) parallel zur Längsseite des Oberbeckens ein 4km * 4km großes unteres Becken, wobei der Beckenboden des unteren Speicherbeckens in einer Höhe von 0m (bezogen auf NN) angelegt ist. Der Beckenrand befindet sich in einer Höhe von 100m über NN. Die Böschung am Rande des unteren wie des oberen Spei­ cherbeckens weist eine Steigung von 20% auf. Boden und Seitenwände der Bec­ ken werden gegen das Grundwasser abgedichtet.In a flat area (average height: 100m above sea level, extensive lignite seam at a depth of 80m below the ambient level, corresponding to 20m above sea level), the overburden is removed and the lignite is mined. The overburden is initially stored outside of the mining area, afterwards this overburden is heaped up again over a cleared lignite seam in such a way that at a distance of 2000m they are created side by side: 1.) a rectangular 2km * 4km large storage basin with a pool floor at a height of 50m above NN and a pool edge at a height of 100m above sea level and 2.) parallel to the long side of the upper pool a 4km * 4km large lower pool, with the pool floor of the lower storage pool at a height of 0m (based on NN). The pool edge is at a height of 100m above sea level. The embankment on the edge of the lower as well as the upper reservoir has an incline of 20%. The bottom and side walls of the basin are sealed against the groundwater.
Am Rande des unteren Beckens wird ein Krafthaus errichtet. Dieses ist mit Druckrohren mit dem oberen Speicherbecken verbunden. Das Krafthaus ist mit Pumpen, Turbinen und Generatoren mit einer Leistung von ca. 300 MW ausge­ stattet. Z.B. kommen Kaplanturbinen zum Einsatz. Nach Füllung des Pumpspei­ cherwerkes mit ca. 300 Millionen m³ Wasser kann bei einer durchschnittlichen Nutzung von 240 Millionen m³ Wasser und einer durchschnittlichen Nutzfallhöhe des Wassers von 50m durch Hochpumpen des Wassers elektrische Energie ge­ speichert werden.A power house is built on the edge of the lower basin. This is with Pressure pipes connected to the upper storage basin. The power house is with Pumps, turbines and generators with an output of approx. 300 MW equips. E.g. Kaplan turbines are used. After filling the pump spit cherwerkes with about 300 million m³ of water can with an average Use of 240 million m³ of water and an average use height of the water of 50m by pumping up the water electrical energy be saved.
Schickt man die nutzbare Wassermasse von 240 Millionen m³ Wasser beispiels­ weise innerhalb von 1300h durch das Kraftwerk, so bedeutet dies einen Volu­ menstrom von 667 m³/s. Bei einer durchschnittlichen Nutzhöhe von 50m ergibt dies eine Leistung P von P ≈ 8 * 667 * 50 kW ≈ 266 MW.If you send the usable water mass of 240 million m³ of water through the power plant within 1300h, for example, this means a volume flow of 667 m³ / s. With an average usable height of 50m, this results in a power P of P ≈ 8 * 667 * 50 kW ≈ 266 MW.
D.h. dieses Pumpspeicherwerk, das in nahezu jedem Braunkohletagebau installiert werden kann, stellt 100h lang eine Leistung von 266 MW bereit. Damit ist in diesem Pumpspeicherwerk elektrische Energie entsprechend 26,6 Millionen kWh gespeichert.I.e. this pumped storage plant, which is installed in almost every lignite mine provides an output of 266 MW for 100 hours. With that is in this pumped storage plant electrical energy corresponding to 26.6 million kWh saved.
Beide Speicherbecken liegen gänzlich unter Umgebungsniveau. Wie oben darge­ stellt, befindet sich der Beckenrand in etwa auf Umgebungsniveau. Je nach Füll­ stand des Oberbeckens schwankt der Wasserstand im Unterbecken um bis zu etwa 15m und im oberen Speicherbecken um etwa 30m. Auch wenn die ge­ samte nutzbare Wassermasse im oberen Becken gespeichert ist, befindet sich der Wasserstand des Wassers im oberen Becken noch mindestens 15m unter Umgebungsniveau, so daß von diesem Pumpspeicherwerk keinerlei Gefahr ausgeht. Das untere Speicherbecken dieses Pumpspeicherwerkes besitzt keinen Abfluß.Both storage tanks are completely below the ambient level. As shown above represents, the pool edge is approximately at ambient level. Depending on the filling level of the upper basin, the water level in the lower basin fluctuates by up to about 15m and in the upper reservoir by about 30m. Even if the ge All usable water mass is stored in the upper pool the water level of the water in the upper pool is at least 15m below Ambient level, so that this pumped storage plant poses no danger. The lower reservoir of this pumped storage plant has no drain.
Beispiel 2Example 2 Pumpspeicherwerk mit erhöhter LeistungPumped storage plant with increased performance
Man wählt die Beckenanordnung wie in Beispiel 1, erhöht jedoch die Anzahl und Durchmesser der Druckstollen, die Leistung der Pumpen der Turbinen und der Generatoren, so daß die Nutzwassermasse von 240 Millionen m³ innerhalb von 10h vom unteren Becken in das obere Becken gepumpt werden kann und umge­ kehrt innerhalb von 10h vom oberen in das untere Becken strömen kann. You choose the pool arrangement as in Example 1, but increase the number and Diameter of the pressure gallery, the performance of the pumps of the turbines and the Generators, so that the usable water mass of 240 million m³ within 10h can be pumped from the lower pelvis into the upper pelvis and vice versa returns within 10 hours from the upper to the lower basin.  
Es resultiert ein Pumpspeicher mit einer Leistung vonThe result is a pumped storage with an output of
P ≈ 8 * 6667 * 8 kW ≈ 2666 MW.P ≈ 8 * 6667 * 8 kW ≈ 2666 MW.
Mit diesem Pumpspeicherwerk steht damit eine Anlage zur Verfügung, die eine vergleichbar große Leistung aufweist wie alle deutschen Pumpspeicherwerke zusammen.With this pumped storage plant, one system is available, one has comparable performance as all German pumped storage plants together.
Die gespeicherte elektrische Energie dieses Pumpspeicherwerkes, d. h. die Kapazi­ tät dieses Pumpspeicherwerkes, ist naturgemäß wie in dem Pumpspeicherwerk gemäß Beispiel 126,6 Millionen kWh.The stored electrical energy of this pumped storage plant, i. H. the capaci act of this pumped storage plant, is naturally like in the pumped storage plant according to example 126.6 million kWh.
Beispiel 3Example 3 Pumpspeicherwerk mit erhöhter Kapazität, beide Speicherbecken in einem Braun­ kohletagebau, das untere Speicherbecken unter UmgebungsniveauPumped storage plant with increased capacity, both storage pools in one brown coal mining, the lower storage tank below ambient level
In einem Braunkohletagebau gemäß Beispiel 1 errichtet man ein quadratisches, oberes Speicherbecken, Ausmaße des Beckens am Beckenboden: 4 km * 4 km, Beckenboden in einer Höhe von 150m über NN, entsprechend 50m über Umge­ bungsniveau, Beckenrand 250m über NN.In a brown coal open-cast mine according to Example 1, a square, upper storage basin is built, the dimensions of the basin on the pool floor: 4 km * 4 km, pool floor at a height of 150 m above sea level, corresponding to 50 m above the surrounding level, pool edge 250 m above sea level.
Der Beckenrand ist aus Sicherheitsgründen an 3 Seiten mit einem 2 km breiten, 40m hohen Wall umgeben (= 290m über NN). An der 4. Beckenseite (neben dem unteren Speicherbecken) ist der Wall nur 20m hoch. Neben diesem quadra­ tischen Oberbecken befindet sich in einem Abstand von 2 km das untere Spei­ cherbecken (Ausmaße am Beckenboden: 4 km * 4 km), Beckenboden in einer Höhe von 10m unter NN, Beckenrand an 3 Seiten 150m über NN, entsprechend 50m über dem ursprünglichen Umgebungsniveau, an der 4. Seite Anstieg zum oberen Becken. Oberes und unteres Speicherbecken sind über mehrere Krafthäu­ ser mit jeweils mehreren Druckrohren miteinander verbunden.For safety reasons, the pool edge is surrounded on 3 sides with a 2 km wide, 40 m high wall (= 290 m above sea level). On the 4th side of the pool (next to the lower storage pool) the wall is only 20m high. In addition to this square upper pool, the lower storage tank is at a distance of 2 km (dimensions on the pool floor: 4 km * 4 km), pool floor at a height of 10 m below sea level, pool edge on 3 sides 150 m above sea level, corresponding to 50 m above sea level original environmental level, on the 4th side rise to the upper pool. Upper and lower storage tanks are connected to each other via several powerhouses, each with several pressure pipes.
Nach der Fertigstellung wird das untere Becken mit 1,7 Milliarden m³ Wasser ge­ füllt. Für Speicherzwecke steht eine Wassermenge von ca. 1,5 Milliarden m³ zur Verfügung. Die durchschnittliche Nutzfallhöhe beträgt 150m. Diese Wassermenge wird zwecks Speicherung elektrischer Energie in das obere Speicherbecken ge­ pumpt. Läßt man diese Wassermenge innerhalb von 1000h über die Kraftwerke vom oberen in das untere Becken strömen, resultiert ein durchschnittlicher Volu­ menstrom von 444,4 m³/s. Bei einer durchschnittlichen Nutzfallhöhe von 150m bedeutet dies eine Leistung von P ≈ 8 * 444,4 * 150 kW ≈ 533 MW.After completion, the lower pool will be filled with 1.7 billion m³ of water. A water volume of approx. 1.5 billion m³ is available for storage purposes. The average useful height is 150m. This amount of water is pumped into the upper storage basin for the purpose of storing electrical energy. If you let this amount of water flow through the power plants from the upper to the lower basin within 1000 hours, the result is an average volume flow of 444.4 m³ / s. With an average usable height of 150m, this means an output of P ≈ 8 * 444.4 * 150 kW ≈ 533 MW.
D.h. dieses Pumpspeicherwerk hat eine Speicherkapazität von 533 Millionen kWh. Damit ist die Speicherkapazität dieses erfindungsgemäßen Pumpspeichers etwa 10mal so groß wie die aller deutschen Pumpspeicherwerke zusammengenommen.I.e. this pumped storage plant has a storage capacity of 533 million kWh. The storage capacity of this pumped storage device according to the invention is thus approximately 10 times the size of all German pumped storage plants combined.
Beispiel 4Example 4 Pumpspeicher mit hoher Leistung und hoher VerfügungszeitPump storage with high performance and high availability
Man errichtet die Speicherbecken wie in Beispiel 3, erhöht jedoch die Maschinen­ leistung auf das 10fache. Es resultiert ein Pumpspeicherwerk, das für die Dauer von 100h eine Leistung von 5333 MW bereitstellt.The storage basins are set up as in Example 3, but the machines are increased performance up to 10 times. The result is a pumped storage plant that lasts for the duration provides a capacity of 5333 MW of 100h.

Claims (33)

1. Pumpspeicherwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Speicherbecken in einer bestehenden oder ausgeräumten Braunkohlelagerstätte angeordnet ist.1. Pumped storage plant, characterized in that the lower storage basin is arranged in an existing or cleared lignite deposit.
2. Pumpspeicherwerk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Speicherbecken vollständig unterhalb des Umgebungsniveaus angelegt ist und die gesamte im Pumpspeicher befindliche Wassermasse aufnehmen kann.2. Pumped storage plant according to claim 1, characterized in that the lower storage basin completely below the ambient level and take up all of the water mass in the pumped storage can.
3. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Speicherbecken keinen Abfluß hat.3. Pumped storage plant according to claims 1 and 2, characterized in that that the lower reservoir has no drain.
4. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserpegel im unteren Speicherbecken je nach Füllstand des oberen Speicherbeckens um wenigstens 15m variiert.4. Pumped storage plant according to claims 1-3, characterized in that the water level in the lower reservoir depending on the level of the upper storage tank varied by at least 15m.
5. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafthaus als Kavernenkrafthaus angelegt ist.5. Pumped storage plant according to claims 1-4, characterized in that the power house is designed as a cavern power house.
6. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das untere und das obere Speicherbecken innerhalb einer Braunkohle­ lagerstätte angeordnet sind.6. Pumped storage plant according to claims 1-5, characterized in that the lower and the upper storage basin within a brown coal deposit are arranged.
7. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Speicherbecken wenigstens 50m unter Umgebungsniveau angeordnet ist.7. Pumped storage plant according to claims 1-6, characterized in that the lower reservoir is at least 50m below the ambient level is arranged.
8. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des unteren Beckens unter NN angelegt ist.8. Pumped storage plant according to claims 1-7, characterized in that the bottom of the lower pelvis is below sea level.
9. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das ganze untere Speicherbecken unter NN angelegt ist und die gesamte im Pumpspeicherwerk befindliche Wassermasse aufnehmen kann.9. Pumped storage plant according to claims 1-8, characterized in that the entire lower reservoir is below sea level and the can absorb all of the water mass in the pumped storage plant.
10. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhenunterschied zwischen unterem und oberem Speicherbecken wenigstens 40m beträgt.10. Pumped storage plant according to claims 1-9, characterized in that the difference in height between the lower and upper reservoir is at least 40m.
11. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhenunterschied zwischen unterem und oberem Speicherbecken wenigstens 90m beträgt.11. Pumped storage plant according to claims 1-10, characterized in that the difference in height between the lower and upper reservoir is at least 90m.
12. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Speicherbecken wenigstens 50 Millionen m³ faßt.12. Pumped storage plant according to claims 1-11, characterized in that the lower storage basin holds at least 50 million m³.
13. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Speicherbecken wenigstens 200 Millionen umfaßt.13. Pumped storage plant according to claims 1-12, characterized in that the lower reservoir has at least 200 million.
14. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Speicherbecken wenigstens 1 Milliarde m³ faßt. 14. Pumped storage plant according to claims 1-13, characterized in that that the lower storage basin holds at least 1 billion m³.  
15. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Speicherkapazität < 20 Millionen kWh hat.15. Pumped storage plant according to claims 1-14, characterized in that the pumped storage plant has a storage capacity <20 million kWh.
16. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Speicherkapazität < 50 Millionen kWh hat.16. Pumped storage plant according to claims 1-15, characterized in that the pumped storage plant has a storage capacity <50 million kWh.
17. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Speicherkapazität < 400 Millionen kWh hat.17. Pumped storage plant according to claims 1-16, characterized in that the pumped storage plant has a storage capacity <400 million kWh.
18. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Leistung < 200 MW aufweist.18. Pumped storage plant according to claims 1-17, characterized in that that the pumped storage plant has an output <200 MW.
19. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Leistung < 2500 MW aufweist.19. Pumped storage plant according to claims 1-18, characterized in that the pumped storage plant has an output <2500 MW.
20. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Leistung < 4000 MW aufweist.20. Pumped storage plant according to claims 1-19, characterized in that the pumped storage plant has an output of <4000 MW.
21. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Verfügungszeit < 50h aufweist.21. Pumped storage plant according to claims 1-20, characterized in that the pumped storage plant has an availability time <50h.
22. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Verfügungszeit < 100h aufweist.22. Pumped storage plant according to claims 1-21, characterized in that the pumped storage plant has an availability time <100h.
23. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Verfügungszeit < 300h aufweist.23. Pumped storage plant according to claims 1-18, characterized in that the pumped storage plant has an availability time <300h.
24. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk eine Verfügungszeit < 700h aufweist.24. Pumped storage plant according to claims 1-18, characterized in that the pumped storage plant has an availability time <700h.
25. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk in einer Entfernung von < 50 km von einem in Betrieb befindlichen thermischen Kraftwerk angeordnet ist.25. Pumped storage plant according to claims 1-14, characterized in that the pumped storage plant is at a distance of <50 km from one thermal power plant in operation is arranged.
26. Pumpspeicherwerk gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk und das thermische Kraftwerk zu einem Spitzenkraft­ werk verbunden sind, das wenigstens die dreifache Leistung des thermischen Kraftwerks aufweist.26. Pumped storage plant according to claim 25, characterized in that the Pumped storage plant and the thermal power plant to a peak power are connected that at least three times the performance of the thermal power plant.
27. Pumpspeicherwerk gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk mit Pumpturbinen oder mit Pumpen und Turbinen ausgestattet ist, wobei die Turbinenleistung wenigstens doppelt so groß ist wie die Leistung der Pumpen.27. Pumped storage plant according to claim 26, characterized in that the Pumped storage plant with pump turbines or with pumps and turbines is equipped, the turbine power is at least twice as large like the performance of the pumps.
28. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-27, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung des oberen und des unteren Speicherbeckens wenigstens 2km und bis zu 20km beträgt.28. Pumped storage plant according to claims 1-27, characterized in that the removal of the upper and lower storage tanks at least Is 2km and up to 20km.
29. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-28, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpspeicherwerk über eine Ausgleichsanlage (Wasserschloß) verfügt.29. Pumped storage plant according to claims 1-28, characterized in that the pumped storage plant via an equalization system (water castle) disposes.
30. Pumpspeicherwerk gemäß den Ansprüchen 1-27, dadurch gekennzeichnet, daß das obere und das untere Speicherbecken direkt durch eine Staumauer verbunden sind.30. Pumped storage plant according to claims 1-27, characterized in  that the upper and lower storage basin directly through a dam are connected.
31. Pumpspeicherwerk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Speicherbecken mit einem Fluß verbunden ist bzw. einen gegebenen­ falls gestauten Fluß darstellt.31. Pumped storage plant according to claim 1, characterized in that the upper reservoir is connected to a river or a given if congested river represents.
32. Verfahren zur Errichtung von Pumpspeicherwerken gemäß Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß man den bei der Ausbeutung der Braunkohlelager­ stätten anfallenden Abraum zur Errichtung der Pumpspeicherbecken verwendet.32. A method for the construction of pumped storage plants according to claim 1, because characterized in that the one in the exploitation of the lignite deposits the resulting overburden for the construction of the pump storage basin used.
33. Verwendung der Pumpspeicherwerke gemäß den Ansprüchen 1-31 zum Aufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Versorgungsnetz eine Anzahl von 1-20 Pumpspeicherwerken gemäß Anspruch 1 mit wenigstens 1000 kleinen Energieerzeugern mit einer Leistung von jeweils < 10 MW verbunden sind.33. Use of the pumped storage plants according to claims 1-31 for Structure of an electrical supply network, characterized in that a number of 1-20 pumped storage plants in this supply network according to claim 1 with at least 1000 small energy generators with one Power of <10 MW are connected.
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